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结构稳健综合优化设计方法研究及其在交通路锥收放车中的应用

作　者: 卢云
导　师: 张龙
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 路锥收放车收放回转机构综合优化设计稳健设计 Isight二次开发
分类号: U418.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文重点探究了结构稳健优化设计所涉及的有关技术与方法,摸索出了一套适合工程应用的结构稳健综合优化设计方案,并将此方案应用到了路锥车的收放回转机构中,获得了比较满意的效果。研究的主要内容包括：(1)建立了滚珠丝杠参数化有限元二次开发平台,巩固了Python编程及其在Abaqus中的应用,为后文Isight优化集成打下坚实基础。(2)根据几种典型试验设计方法的采样点分布对比情况,确定了一种基于ESE算法与φp准则的优化拉丁超立方设计方法,增强了对初始设计空间的探索能力。(3)根据传统构建代理模型的不足之处,提出了一种基于连续采样技术的椭球基神经网络代理模型,提高了构建代理模型的精度与效率,也为后续的优化设计与稳健设计节省了大量的计算时间。(4)运用Isight的二次开发技术,对传统模式搜索算法进行了改进,同时为提高寻找全局真正最优解的机会,本文提出了一种基于存档的微遗传算法与改进的模式搜索算法的组合策略。(5)用FEA方法对路锥车的初始收放回转机构进行了刚强度分析,依据分析结论对机构进行了部分改善。在Isight环境中搭建了改进的收放回转机构优化集成平台,并将本文提出的6σ结构稳健综合优化设计方案应用到其中,不仅具有良好的优化结果,而且当设计变量存在不确定性变差时,结构性能仍能保持稳定。本文的研究工作与方法可以有效地应用在各种典型机械结构中,能够显著提高设计人员的工作效率,在理论和工程实用性角度上具有一定的意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题背景与意义  8-9
  1.2 交通路锥收放车的发展概述与结构简介  9-10
  1.3 结构优化设计的发展与现状  10-12
  1.4 稳健设计的发展现状与趋势  12
  1.5 本文主要研究工作  12-14
2 结构稳健优化设计相关原理与技术  14-25
  2.1 结构优化设计简述  14-16
  2.2 稳健设计简述  16-19
    2.2.1 基本原理  16-17
    2.2.2 实现方法  17-19
  2.3 结构稳健优化设计简述  19-20
  2.4 多学科多目标优化软件Isight简介  20-22
    2.4.1 Isight起源与发展  20
    2.4.2 Isight主要功能  20-21
    2.4.3 Isight优化设计流程  21-22
  2.5 本文结构优化设计及稳健设计方法  22-24
  2.6 本章小结  24-25
3 滚珠丝杠参数化有限元分析二次开发平台  25-35
  3.1 概述  25-26
  3.2 Python语言简介  26-27
  3.3 Abaqus脚本接口及与Abaqus/CAE的交互  27-28
  3.4 滚珠丝杠参数化有限元分析平台  28-34
    3.4.1 滚珠丝杠有限元二次开发流程  28-29
    3.4.2 滚珠丝杠三维模型的创建  29-31
    3.4.3 滚珠丝杠有限元参数的设定  31-34
  3.5 本章小结  34-35
4 结构稳健综合优化设计方法与应用  35-78
  4.1 概述  35-36
  4.2 收放回转机构方案的确定  36-40
    4.2.1 初始设计方案  36-39
      4.2.1.1 收放回转机构原理  36-37
      4.2.1.2 初始设计方案有限元模型  37-38
      4.2.1.3 初始设计方案有限元分析结果  38-39
    4.2.2 改进设计方案  39-40
      4.2.2.1 收放回转机构改进设计方案  39
      4.2.2.2 改进设计方案有限元分析结果  39-40
  4.3 收放回转机构的优化集成平台  40-45
    4.3.1 收放回转机构初始设计变量的选择  40-42
    4.3.2 收放回转机构参数化有限元建模  42-43
    4.3.3 优化集成与数学模型  43-45
  4.4 试验设计  45-53
    4.4.1 拉丁方阵设计(LSD)  45-46
    4.4.2 随机拉丁超立方设计(RLHD)  46-47
    4.4.3 优化的拉丁超立方设计(OLHD)  47-48
    4.4.4 试验设计方法的对比与选择  48-49
    4.4.5 本文试验设计方法——基于ESE算法的OLHD(ESE-OLHD)  49-51
    4.4.6 收放回转机构试验设计分析结果  51-53
  4.5 代理模型  53-58
    4.5.1 径向基神经网络模型(RBFNN)  54-56
    4.5.2 椭球基神经网络模型(EBFNN)  56-57
    4.5.3 本文代理模型方法——基于连续采样技术的EBFNN模型  57-58
  4.6 组合优化策略  58-69
    4.6.1 基于存档的微遗传算法(AMGA)  58-62
      4.6.1.1 遗传算法的相关概念  58-59
      4.6.1.2 多目标优化问题的相关概念  59
      4.6.1.3 AMGA算法的基本原理  59-62
    4.6.2 改进的模式搜索算法(IPSA)  62-65
    4.6.3 本文组合优化策略(AMGA-IPSA算法)  65-66
    4.6.4 基于代理模型和AMGA-IPSA算法的收放回转机构确定性优化  66-69
  4.7 6Sigma结构稳健优化设计  69-77
    4.7.1 6Sigma稳健优化设计的相关概念  69-71
    4.7.2 本文6Sigma稳健分析方法  71-72
    4.7.3 收放回转机构6Sigma稳健分析结果  72
    4.7.4 收放回转机构6Sigma稳健优化设计  72-77
  4.8 本章小结  77-78
5 总结与展望  78-80
  5.1 全文总结  78
  5.2 工作展望  78-80
致谢  80-81
参考文献  81-84

结构稳健综合优化设计方法研究及其在交通路锥收放车中的应用

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