本文關(guān)鍵詞：基于響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念源自于人們的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或一項(xiàng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未滿足人們預(yù)先所期望的要求時(shí),設(shè)計(jì)者會(huì)遵循一定的“優(yōu)化”思想和法則,改變設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)參數(shù),借以改善產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo),使設(shè)計(jì)效果達(dá)到最佳。對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言,是指在滿足約束條件(設(shè)計(jì)要求)情況下,按一定的指標(biāo)尋求最佳的設(shè)計(jì)方案,評價(jià)指標(biāo)可以是結(jié)構(gòu)的重量、造價(jià)等。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大體可以分為傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和基于數(shù)學(xué)分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法兩類。傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求,憑經(jīng)驗(yàn)甚至直觀判斷,通過對若干種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較,選出最好的設(shè)計(jì)方案,這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法可以說是經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法�；跀�(shù)學(xué)分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是建立在數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算機(jī)技術(shù)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。這種優(yōu)化方法把約束函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)以數(shù)學(xué)模型的形式進(jìn)行定量化,這要求有準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)和優(yōu)化準(zhǔn)則,并且要配合專門的軟件或程序才能實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)屬于CAE技術(shù),它將力學(xué)理論、數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,為工程技術(shù)人員提供了一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的手段,以便于從眾多的可行設(shè)計(jì)中提取出滿意或最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,是將實(shí)際工程中的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的一個(gè)非常重要的步驟。而除了一些及其簡單的結(jié)構(gòu),通常的結(jié)構(gòu)的約束方程都難以用設(shè)計(jì)變量的顯式表達(dá)。要解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型中約束條件是設(shè)計(jì)變量隱函數(shù)這一問題,就必須進(jìn)行約束條件的顯式化,較常用的顯式化方法為響應(yīng)面方法(responsesurfacemethodology,簡稱:rsm)。rsm是數(shù)學(xué)方法和統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合的產(chǎn)物,是用來對所感興趣的響應(yīng)受多個(gè)變量影響的問題進(jìn)行建模和分析的,其最終目的是優(yōu)化該響應(yīng)值。由于rsm把仿真過程看成一個(gè)黑匣子,能夠較為簡便地與隨機(jī)仿真和確定性仿真問題結(jié)合起來,所以得到了非常廣泛的應(yīng)用。近十多年來,由于統(tǒng)計(jì)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用,rsm的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬,對rsm感興趣的科學(xué)工作者也越來越多,許多學(xué)者對響應(yīng)面法進(jìn)行了研究。本文研究了響應(yīng)面法的整個(gè)設(shè)計(jì)過程,分別對桁架結(jié)構(gòu)和曲柄結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),分別采用了不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。(1)在初始分析階段,對比分析了析因設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn);在需要對設(shè)計(jì)域進(jìn)行調(diào)整時(shí),分析了最速上升法的局限性;在二階建模階段,研究了三種中心復(fù)合設(shè)計(jì)(ccds)與bbd的特點(diǎn),給出了選擇的參考標(biāo)準(zhǔn)。(2)采用ansys對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),運(yùn)用apdl的方式進(jìn)行建模分析,方便的對模型進(jìn)行了48次分析。分別用響應(yīng)面法和一階方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),對比兩種方法的結(jié)果,表明得到的響應(yīng)函數(shù)的精度很高,并且運(yùn)用響應(yīng)面法求得全局最優(yōu)解。(3)用響應(yīng)面法對曲柄結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行優(yōu)化。基于SolidWorks軟件,運(yùn)用Box-Behnken法進(jìn)行優(yōu)化。表明BBD在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。(4)在進(jìn)行二階模型求解時(shí),分別用直接搜索法和遺傳算法進(jìn)行求解,對比優(yōu)化結(jié)果,說明求解方法的效率及精度。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB12

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6 楊冬U，

本文編號(hào)：1255237