基于多目标粒子群-遗传混合算法的高速球轴承优化设计方法 被引量：1

1

作者 杨文 叶帅 +2 位作者 姚齐水 余江鸿 胡美娟 《机电工程》 北大核心 2025年第2期226-236,共11页

目前以新能源汽车电驱系统等为代表的超高转速运行场景越来越多,对轴承类关键零部件的性能要求也不断提高,对轴承的承载性能和温升控制也提出了更高的要求。为了优化轴承的结构,提升其服役性能,以新能源汽车电驱系统6206轴承为例,提出... 目前以新能源汽车电驱系统等为代表的超高转速运行场景越来越多,对轴承类关键零部件的性能要求也不断提高,对轴承的承载性能和温升控制也提出了更高的要求。为了优化轴承的结构,提升其服役性能,以新能源汽车电驱系统6206轴承为例,提出了一种基于多目标粒子群-遗传混合算法的球轴承结构优化设计方法。首先,建立了以轴承最大额定动载荷、最大额定静载荷和最小摩擦生热率为目标函数的优化数学模型;然后,利用多目标粒子群算法(MOPSO)的全局搜索能力和改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)的进化操作,引入粒子寻优速度控制策略、交叉变异策略和罚函数机制,解决了带约束优化问题求解和局部最优问题,增强了算法的收敛速度和解集探索能力;最后,在特定工况下对轴承结构进行了优化,采用层次分析法,从Pareto前沿中优选了内外圈沟曲率半径系数、滚动体数量、滚动体直径和节圆直径的最优值。研究结果表明:在16 kN径向载荷、15 000 r/min的高转速工况下,以新能源汽车电驱系统6206型深沟球轴承为例进行了分析,结果显示,优化后的轴承接触应力下降了21.2%,应变下降了25.6%,摩擦生热下降了16.7%,体现了该方法在收敛性能、寻优速度等方面的优势。该优化设计方法可为球轴承的工程应用提供有价值的参考。 展开更多

关键词 高速球轴承结构设计 多目标粒子群-遗传混合算法 改进非支配排序遗传算法 优化设计目标函数 层次分析法 6206型深沟球轴承

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基于智能优化算法的高频变压器电磁结构优化设计 被引量：6

2

作者 赵志刚 白若南 +2 位作者 陈天缘 贾慧杰 刘朝阳 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第18期5610-5625,共16页

高频变压器(HFT)作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件,其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题... 高频变压器(HFT)作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件,其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题,本文提出计及高频效应和结构效应的电磁场建模方法,构建了高频变压器多目标协同优化设计方案。首先建立了低成本与高效率兼备的磁心损耗计算模型。其次,根据面积等效原理推导了考虑绕组结构效应的近似Dowell模型,实现绕组损耗的高精度计算。然后提出了考虑绕组端部效应和频率影响的漏感计算模型,减小漏感对于结构和频率的依赖性。在此基础上,采用一种新型多重绝缘结构,提高绕组间的绝缘耐压水平。最后,基于改进的非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ)和自由参数扫描法建立了高频变压器的优化设计流程,根据筛选的最优设计方案研制了一台高频变压器样机。 展开更多

关键词 高频变压器 自由参数扫描法 改进的非支配排序遗传算法(INSGA-Ⅱ) 优化设计 结构效应

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星载二维转台U型架结构轻量化与优化设计 被引量：1

3

作者 魏钰轩 王振宇 +3 位作者 李治国 黄乐弘 杨凯 马玉宝 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期896-908,共13页

星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计,研制高承载比和轻量化的星载二维转台,本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先,... 星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计,研制高承载比和轻量化的星载二维转台,本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先,利用碳纤维复合材料代替钛合金材料,结合考虑工艺性,设计了一种变截面管状结构U型架。接着,按照基于铺层工艺的有限元建模方法对碳纤维U型架进行有限元建模与仿真分析。然后,试制U型架样机并通过模态试验验证有限元模型的准确性。最后,提出一种理论分析法、遗传算法、有限元法相结合的三级优化方法对碳纤维U型架铺层角度、铺层厚度与铺层顺序进行优化设计。结果表明:模态试验与仿真得到的U型架振型完全一致,频率相差在5%以内。初始设计的碳纤维U型架比钛合金U型架质量减少了45.7%,通过对复合材料铺层的优化设计,使U型架质量进一步减少了13.8%,固有频率提升了10.14%。本文所采用的复合材料建模与优化方法正确,设计的碳纤维U型架满足星载二维转台轻量化设计需求。 展开更多

关键词 结构优化设计 轻量化设计 碳纤维复合材料 有限元分析 星载二维转台 遗传算法

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基于加速遗传算法的钢板组合梁桥设计优化研究 被引量：1

4

作者 朱经纬 贾春雨 +2 位作者 翟晓亮 徐有良 吴永昌 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期125-132,共8页

针对公路简支钢板组合梁桥用钢量优化问题,提出基于加速遗传算法的组合梁截面优化方法,该方法以钢主梁用钢量为目标函数、以钢主梁截面参数为设计变量、以组合梁承载力和变形为约束条件对截面尺寸进行优化求解。以武穴长江公路大桥南引... 针对公路简支钢板组合梁桥用钢量优化问题,提出基于加速遗传算法的组合梁截面优化方法,该方法以钢主梁用钢量为目标函数、以钢主梁截面参数为设计变量、以组合梁承载力和变形为约束条件对截面尺寸进行优化求解。以武穴长江公路大桥南引桥为背景,基于不同钢主梁间距下内力计算结果采用加速遗传算法求解钢主梁最优截面,获得钢主梁每延米最小用钢量和整桥每延米最小总用钢量随梁高变化趋势;结合优化结果提出了最小用钢量设计方案,并建立有限元模型进行优化后结构力学性能验算。结果表明:基于加速遗传算法的组合梁截面优化方法具有较好的收敛性和极值寻优能力;随钢主梁间距的增大,钢主梁截面尺寸及用钢量随之增大,但整桥总用钢量随之减小;钢主梁设计存在用钢量最为节约的最优梁高,该梁高随钢主梁间距的增大而增大;提出的桥梁最小用钢量设计方案计算挠度、应力小于规范限值,且具有足够的安全储备,可较好满足结构受力要求。 展开更多

关键词 组合梁桥 加速遗传算法 截面优化 数值模型 最小用钢量 钢主梁间距 结构设计

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空间相机桁架式支撑结构的集成优化设计 被引量：7

5

作者 袁健 沙巍 +2 位作者 陈长征 张星祥 任建岳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期3661-3666,共6页

桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛,如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题,提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法,使用实验设计的手段,对影响其动力学特... 桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛,如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题,提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法,使用实验设计的手段,对影响其动力学特性的各桁架杆位置变量进行了研究,分析了该优化问题解空间的特点;为了实现桁架结构的全局最优设计,以提高支撑结构的一阶自然频率为目标,使用多岛遗传算法(Multi-island GA)进行全局寻优求解。利用有限元分析的方法,得到该桁架经优化后的一阶自然频率107.72 Hz,较未经优化的初始结构(83.45 Hz)提升了29%,效果显著。该研究提出的集成优化模型和分析方法为此类桁架结构的设计提出了新的思路。 展开更多

关键词 桁架式支撑结构 空间相机 集成优化 实验设计 多岛遗传算法

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空间碎片防护结构设计优化理论方法研究 被引量：5

6

作者 袁俊刚 曲广吉 +1 位作者 孙治国 韩增尧 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期243-248,共6页

航天器空间碎片防护结构设计优化在国际上属前沿课题,防护结构设计优化理论方法是其关键技术之一。在防护优化理论模型及其优化算法研究方面取得了突破性进展,建立了综合各类典型防护结构构型的统一的防护优化数学模型,提出了解决防护... 航天器空间碎片防护结构设计优化在国际上属前沿课题,防护结构设计优化理论方法是其关键技术之一。在防护优化理论模型及其优化算法研究方面取得了突破性进展,建立了综合各类典型防护结构构型的统一的防护优化数学模型,提出了解决防护优化问题的几种算法:混合遗传算法,改进的差异演化算法和混合差异演化算法。最后采用航天器防护优化算例对防护优化理论方法进行了测试考核,优化结果表明了本文工作的可行性和有效性。 展开更多

关键词 空间碎片防护 防护结构设计 结构设计优化 差异演化算法 混合遗传算法

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空间科学任务协同设计过程优化 被引量：3

7

作者 邓丽 韩潮 曹晋滨 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期511-518,共8页

为了对概念设计阶段空间科学任务协同设计过程进行合理规划,减少设计反馈,降低系统耦合度,提出了设计结构矩阵(DSM)过程建模和遗传算法(GA)过程优化算法.该方法采用DSM对空间科学任务设计活动序列进行建模,通过DSM描述设计活动间的信息... 为了对概念设计阶段空间科学任务协同设计过程进行合理规划,减少设计反馈,降低系统耦合度,提出了设计结构矩阵(DSM)过程建模和遗传算法(GA)过程优化算法.该方法采用DSM对空间科学任务设计活动序列进行建模,通过DSM描述设计活动间的信息依赖关系,DSM上三角之和代表该设计活动序列设计反馈次数;将DSM对应的设计活动序列视为染色体,采用GA进行序列优化,最小化设计反馈次数.通过过程优化算法获取最佳设计活动序列,优化设计过程,降低系统耦合度.空间科学任务实例分析结果表明,该方法能够有效应用于空间科学任务协同设计的过程建模和过程优化,指导设计过程的制定. 展开更多

关键词 空间科学任务 协同设计 过程优化 设计结构矩阵 遗传算法

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网架结构高度优化设计研究 被引量：3

8

作者 王福成 陈春雨 +1 位作者 陈鑫 张波 《科学技术与工程》 2011年第3期651-653,共3页

综合考虑了网架结构的强度、刚度、稳定性及结构挠度等约束条件,建立了网架结构的数学模型,应用遗传算法进行网架结构的高度优化设计。算例表明,遗传算法可用于网架结构的高度优化设计,优化结果可靠。

关键词 网架结构 优化设计 高度优化 遗传算法

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基于多目标遗传算法的高频磁致伸缩换能器优化设计 被引量：7

9

作者 黄文美 郭万里 +1 位作者 郭萍萍 夏志玉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期111-119,共9页

磁致伸缩换能器在高频激励下存在铁心涡流损耗大、磁场分布不均匀、电磁转化效率低等问题,需要从换能器本体优化设计方面寻求解决。首先对换能器的线圈高度和磁轭回路结构进行仿真分析以初步确定磁路结构;然后基于非支配排序遗传算法对... 磁致伸缩换能器在高频激励下存在铁心涡流损耗大、磁场分布不均匀、电磁转化效率低等问题,需要从换能器本体优化设计方面寻求解决。首先对换能器的线圈高度和磁轭回路结构进行仿真分析以初步确定磁路结构;然后基于非支配排序遗传算法对换能器提出了一个整体的多目标优化设计模型,该模型以增大磁致伸缩棒内磁场强度、提高棒内的磁场分布均匀度和减少换能器高频损耗为优化目标,引入规范化排序和熵权法对该优化方法得到的Pareto前沿解进行决策支持,筛选一组最优设计方案;最后对该最优解进行仿真分析,磁场分布和数值计算结果验证了该优化方法的有效性,根据优化结果制作了一台换能器样机,样机输出特性的测试结果表明了优化设计方法的可行性。 展开更多

关键词 高频磁致伸缩换能器 结构优化设计 多目标遗传算法 有限元仿真 样机测试

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基于并行计算和遗传算法的钢-UHPC华夫板组合梁优化设计 被引量：4

10

作者 史腾 朱劲松 +1 位作者 王子挺 秦亚婷 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期357-365,共9页

为实现钢-超高性能混凝土(UHPC)华夫板组合梁结构快速经济合理的设计,提出了基于并行计算与遗传算法的结构优化设计方法.通过Python建立了并行计算平台,使Abaqus和Python能够执行同步数值模拟和数据处理,以成本最小化为目标,采用遗传算... 为实现钢-超高性能混凝土(UHPC)华夫板组合梁结构快速经济合理的设计,提出了基于并行计算与遗传算法的结构优化设计方法.通过Python建立了并行计算平台,使Abaqus和Python能够执行同步数值模拟和数据处理,以成本最小化为目标,采用遗传算法对钢-UHPC华夫板组合梁进行了优化,验证了所提方法的可行性.结果表明,遗传算法中密集的分析任务可以并行化并分配给不同的计算资源以提高计算效率;使用并行计算可以提高8.6倍的优化效率;并行计算和串行计算的CPU平均使用率分别为82%和18%.本文方法的成功应用可为其他类型结构的优化设计提供参考. 展开更多

关键词 超高性能混凝土 华夫板 组合梁 结构优化设计 并行计算 遗传算法

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基于响应面模型的螺旋迷宫泵结构优化 被引量：1

11

作者 戎欣 朱宏武 《石油机械》 北大核心 2022年第4期94-100,共7页

针对螺旋迷宫泵效率偏低的问题,以迷宫泵的效率、轴功率和扬程为目标函数,以泵的结构参数为优化参数,建立了基于试验设计和响应面估值的螺旋迷宫泵结构优化模型。首先通过尺寸关联性将迷宫泵的结构参数进行合理简化,将16个设计参数简化... 针对螺旋迷宫泵效率偏低的问题,以迷宫泵的效率、轴功率和扬程为目标函数,以泵的结构参数为优化参数,建立了基于试验设计和响应面估值的螺旋迷宫泵结构优化模型。首先通过尺寸关联性将迷宫泵的结构参数进行合理简化,将16个设计参数简化为11个,然后进行参数灵敏度分析确定需要优化的9个重要结构参数。采用优化空间填充设计法对优化参数进行组合生成样本点。最后通过神经网络型响应面和多目标遗传算法对螺旋迷宫泵进行结构优化,并在符合条件的结构参数组合中,根据实际需求选取其中一个作为优化结果的最终解。研究结果表明,螺旋迷宫泵定子和转子的结构参数之间存在交互性影响,相较于原模型,优化后的迷宫泵效率提升了90.06%,扬程提升了77.34%。研究结果可为螺旋迷宫泵结构的进一步优化提供参考。 展开更多

关键词 螺旋迷宫泵 结构优化 响应面 优化空间填充设计 灵敏度分析 遗传算法

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