本文關(guān)鍵詞：不確定性條件下的汽車(chē)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 汽車(chē) 輕量化設(shè)計(jì) 拓?fù)鋬?yōu)化 不確定性 稀疏網(wǎng)格技術(shù)

【摘要】：隨著環(huán)保與節(jié)能壓力的日益加劇,汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)已成為當(dāng)前汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)之一,其技術(shù)途徑主要有:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、輕質(zhì)材料應(yīng)用、先進(jìn)性制造工藝的引入等。其中,以拓?fù)鋬?yōu)化方法為代表的先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)領(lǐng)域起到關(guān)鍵的引領(lǐng)作用。然而,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中廣泛存在各類(lèi)不確定性因素,如幾何尺寸、初邊值條件、材料屬性、載荷工況以及計(jì)算模型等,這些不確定信息勢(shì)必會(huì)引起結(jié)構(gòu)的性能波動(dòng),甚至導(dǎo)致功能失效。這就意味著,基于確定性的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)遇到局限性。因此,對(duì)汽車(chē)拓?fù)鋬?yōu)化的理論和方法創(chuàng)新提出更高的要求。針對(duì)上述需求,本文圍繞連續(xù)體結(jié)構(gòu)不確定性拓?fù)鋬?yōu)化方法在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行研究,主要的工作內(nèi)容包括:(1)針對(duì)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題,提出基于線(xiàn)性擴(kuò)散偏微分方程的過(guò)濾方法,根據(jù)數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題產(chǎn)生的本質(zhì)特征以及偏微分方程的作用機(jī)理,確定偏微分方程模型在拓?fù)鋬?yōu)化循環(huán)中的嵌入模式,構(gòu)建三類(lèi)求解策略:顯式有限差分法、半隱式有限體積法與全隱式有限單元法,解決了棋盤(pán)格格式與網(wǎng)格依賴(lài)性等問(wèn)題。進(jìn)而,提出基于各向異性擴(kuò)散偏微分方程的過(guò)濾方法,有效改善了棋盤(pán)格格式、網(wǎng)格依賴(lài)性以及灰度單元等問(wèn)題的出現(xiàn),通過(guò)構(gòu)建適宜的邊緣函數(shù),實(shí)現(xiàn)了拓?fù)錁?gòu)型邊界輪廓增強(qiáng)。(2)針對(duì)汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的可靠性問(wèn)題,提出基于可靠性分析前置-單層解耦格式的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法,建立了可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般性表述。歸納總結(jié)雙層嵌套格式、單層融合格式與單層解耦格式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。將所提方法應(yīng)用于汽車(chē)懸架系統(tǒng)下控制臂拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中所面臨的載荷工況與材料屬性不確定性問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了可靠性分析與輕量化設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合,解決了拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中繁瑣的可靠性分析;具有良好的計(jì)算效率和計(jì)算精度,可以在可靠性與計(jì)算成本之間達(dá)到良好的折衷;同時(shí)程序編制相對(duì)簡(jiǎn)便,易于借助現(xiàn)有的商業(yè)軟件實(shí)現(xiàn),所提出的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法具備良好的工程實(shí)用價(jià)值。(3)針對(duì)汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中的穩(wěn)健性問(wèn)題,提出基于稀疏網(wǎng)格技術(shù)的穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法,依據(jù)積分法則,構(gòu)建三類(lèi)典型的稀疏網(wǎng)格模型:Trapezoidal型、Clenshaw-Curtis型與Causs-Patterson型。歸納總結(jié)概率型與非概率穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般性表述。將所提方法應(yīng)用于控制臂拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中所面臨的載荷工況不確定性問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健設(shè)計(jì)中的統(tǒng)計(jì)矩精確估計(jì),有效緩解了積分點(diǎn)數(shù)目對(duì)隨機(jī)變量維數(shù)的依賴(lài)性,解決了不確定性分析中高維變量所引起的“維數(shù)災(zāi)難”和計(jì)算誤差;能夠保證結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)最優(yōu)的同時(shí),有效降低性能指標(biāo)對(duì)不確定性擾動(dòng)的敏感度;具有良好的計(jì)算效率和收斂精度,能夠在穩(wěn)健性與計(jì)算成本之間達(dá)到良好的折衷,所提出的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法具備良好的工程適用性。
【關(guān)鍵詞】：汽車(chē) 輕量化設(shè)計(jì) 拓?fù)鋬?yōu)化 不確定性 稀疏網(wǎng)格技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U462
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì)13-19
• 1.2.1 拓?fù)鋬?yōu)化理論與方法的發(fā)展13-15
• 1.2.2 拓?fù)鋬?yōu)化中數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題的抑制策略15-16
• 1.2.3 拓?fù)鋬?yōu)化方法在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用16-17
• 1.2.4 基于不確定性理論的拓?fù)鋬?yōu)化方法研究17-19
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4 課題來(lái)源21-22
• 第二章 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論22-50
• 2.1 拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的材料插值模型22-25
• 2.1.1 均勻化方法22-23
• 2.1.2 變密度法23-25
• 2.2 拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的數(shù)值求解算法25-32
• 2.2.1 優(yōu)化準(zhǔn)則法26-29
• 2.2.2 移動(dòng)漸進(jìn)線(xiàn)法29-31
• 2.2.3 優(yōu)化準(zhǔn)則法與移動(dòng)漸近線(xiàn)法的性能對(duì)比31-32
• 2.3 穩(wěn)態(tài)問(wèn)題靈敏度分析方法32-34
• 2.3.1 直接微分法32-33
• 2.3.2 伴隨變量法33
• 2.3.3 有限差分法33-34
• 2.4 抑制數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題的處理策略34-49
• 2.4.1 數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題34-36
• 2.4.2 基于圖像處理模板卷積的過(guò)濾方法36
• 2.4.3 基于Helmholtz方程的過(guò)濾方法36
• 2.4.4 基于線(xiàn)性擴(kuò)散方程的過(guò)濾方法36-42
• 2.4.5 拓?fù)鋬?yōu)化算例與結(jié)果分析42-45
• 2.4.6 基于各向異性擴(kuò)散方程的過(guò)濾方法45-47
• 2.4.7 拓?fù)鋬?yōu)化算例與結(jié)果分析47-49
• 2.5 本章小結(jié)49-50
• 第三章 不確定性分析方法50-66
• 3.1 不確定性的來(lái)源及其分類(lèi)50-51
• 3.2 不確定性的建模方法51-54
• 3.2.1 概率模型理論51-52
• 3.2.2 區(qū)間與凸模型理論52-53
• 3.2.3 模糊模型理論53-54
• 3.3 不確定性分析分類(lèi)54-65
• 3.3.1 隨機(jī)抽樣法55
• 3.3.2 數(shù)值積分法55-56
• 3.3.3 近似解析法56-58
• 3.3.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)58-59
• 3.3.5 隨機(jī)響應(yīng)面法59-61
• 3.3.6 稀疏網(wǎng)格技術(shù)61-65
• 3.4 本章小結(jié)65-66
• 第四章 連續(xù)體結(jié)構(gòu)不確定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)66-90
• 4.1 可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)66-80
• 4.1.1 可靠性拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題變量描述67-68
• 4.1.2 可靠性拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型68-69
• 4.1.3 雙層嵌套格式69-71
• 4.1.4 單層融合格式71-72
• 4.1.5 可靠性分析前置 單層解耦格式72-74
• 4.1.6 可靠性分析后置 單層解耦格式74-75
• 4.1.7 算例驗(yàn)證75-80
• 4.2 穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)80-89
• 4.2.1 穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題變量描述81
• 4.2.2 概率型穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)81-82
• 4.2.3 非概率型穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化82-83
• 4.2.4 算例驗(yàn)證83-89
• 4.3 本章小結(jié)89-90
• 第五章 汽車(chē)不確定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)90-112
• 5.1 底盤(pán)懸架控制臂有限元模型90-92
• 5.1.1 控制臂設(shè)計(jì)空間的確定91
• 5.1.2 控制臂材料屬性與邊界條件的確定91-92
• 5.2 控制臂可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)92-101
• 5.2.1 控制臂結(jié)構(gòu)確定性設(shè)計(jì)92-93
• 5.2.2 控制臂結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)93-96
• 5.2.3 控制臂結(jié)構(gòu)模型重構(gòu)96
• 5.2.4 控制臂結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證96-101
• 5.3 控制臂穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)101-110
• 5.3.1 控制臂結(jié)構(gòu)確定性設(shè)計(jì)101-102
• 5.3.2 控制臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)102-106
• 5.3.3 控制臂結(jié)構(gòu)模型重構(gòu)106
• 5.3.4 控制臂結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證106-110
• 5.4 本章小結(jié)110-112
• 第六章 總結(jié)與展望112-116
• 6.1 全文總結(jié)112-114
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)114
• 6.3 研究展望114-116
• 參考文獻(xiàn)116-126
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單126-128
• 致謝128

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周克民,胡云昌;利用變厚度單元進(jìn)行平面連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化[J];天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào);2001年01期

2 周克民,胡云昌;用可退化有限單元進(jìn)行平面連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

3 左孔天,王書(shū)亭,張?jiān)魄?陳立平;拓?fù)鋬?yōu)化中兩類(lèi)不同優(yōu)化數(shù)值算法的研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年09期

4 陳茹雯;淺談拓?fù)鋬?yōu)化[J];機(jī)電信息;2004年20期

5 邢素芳,桑建兵;基于MSC.Nastran-optishape拓?fù)鋬?yōu)化的應(yīng)用研究[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

6 葛文杰;黃杰;楊方;;拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)及其在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];機(jī)床與液壓;2007年08期

7 杜發(fā)榮;張博;;拓?fù)鋬?yōu)化理論在活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車(chē);2007年05期

8 李志鑫;李小清;陳學(xué)東;陳鹿民;;基于頻率約束的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法的研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

9 劉慶;侯獻(xiàn)軍;;基于HyperMesh/OptiStruct的汽車(chē)零部件結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J];裝備制造技術(shù);2008年10期

10 劉辛軍;李枝東;陳祥;;多工況拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的一種新解法——導(dǎo)重法[J];中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué);2011年07期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 龍凱;肖濤;左正興;;動(dòng)柔順度最小目標(biāo)下的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

2 曾金玲;;拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會(huì)’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

3 邵沛澤;葉紅玲;陳寧;隋允康;;兩種不同過(guò)濾函數(shù)屈曲拓?fù)鋬?yōu)化模型理論推導(dǎo)[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

4 李剛;;結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)全局拓?fù)鋬?yōu)化——收斂性與效率準(zhǔn)則[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 谷葉水;楊萬(wàn)里;鄧曉龍;;發(fā)動(dòng)機(jī)附件支架多工況拓?fù)鋬?yōu)化研究[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會(huì)’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

6 尚珍;隋允康;鐵軍;葉紅玲;;過(guò)濾函數(shù)間關(guān)系對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化效率影響的初步研究[A];北京力學(xué)會(huì)第18屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

7 黃永旺;袁登木;;多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用[A];第七屆中國(guó)CAE工程分析技術(shù)年會(huì)暨2011全國(guó)計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)論文集[C];2011年

8 顧亦磊;陳昌亞;;拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在桁架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會(huì)’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

9 朱繼宏;張衛(wèi)紅;;基于單元替換的結(jié)構(gòu)漸進(jìn)拓?fù)鋬?yōu)化方法[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

10 豆麟龍;尹益輝;;考慮材料非線(xiàn)性的拓?fù)鋬?yōu)化研究綜述[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 高文;工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新手段[N];計(jì)算機(jī)世界;2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 高興軍;穩(wěn)定性約束下連續(xù)體結(jié)構(gòu)兩尺度拓?fù)鋬?yōu)化[D];華南理工大學(xué);2015年

2 蔡守宇;基于高精度建模分析的形狀/拓?fù)鋬?yōu)化方法[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

3 趙飛;基于無(wú)網(wǎng)格和點(diǎn)密度方法的連續(xù)體與多相材料拓?fù)鋬?yōu)化研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 趙清海;不確定性條件下的汽車(chē)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];北京理工大學(xué);2016年

5 胡三寶;多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化方法研究[D];華中科技大學(xué);2011年

6 陳志敏;基于文化基因算法的拓?fù)鋬?yōu)化方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

7 王曉明;特定功能結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化[D];大連理工大學(xué);2010年

8 李順利;無(wú)網(wǎng)格自然鄰接點(diǎn)Petrov-Galerkin法及其在結(jié)構(gòu)分析和拓?fù)鋬?yōu)化中的應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2011年

9 韋勇;阻尼結(jié)構(gòu)的建模、識(shí)別和拓?fù)鋬?yōu)化研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

10 徐勝利;基于拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu)剛度和滲流多功能材料設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 高瑜;基于非線(xiàn)性分析的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

2 王路;基于可靠性的懸架控制臂拓?fù)鋬?yōu)化[D];北京理工大學(xué);2015年

3 王尚;考慮載荷大小和方向不確定性的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化[D];大連理工大學(xué);2015年

4 李鵬;結(jié)構(gòu)元件的隨機(jī)可靠性拓?fù)鋬?yōu)化[D];南京航空航天大學(xué);2014年

5 鄧維敏;微型車(chē)車(chē)門(mén)輕量化設(shè)計(jì)與焊點(diǎn)布局拓?fù)鋬?yōu)化[D];重慶交通大學(xué);2015年

6 劉奇良;EFG法及其拓?fù)鋬?yōu)化的GPU并行計(jì)算研究[D];湘潭大學(xué);2015年

7 相萌;空間反射鏡拓?fù)鋬?yōu)化及其支撐技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2015年

8 劉婉秋;桿系結(jié)構(gòu)基于可靠性的拓?fù)鋬?yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2006年

9 曾興國(guó);基于移動(dòng)粒子法的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究[D];湘潭大學(xué);2011年

10 周常榮;移動(dòng)粒子法拓?fù)鋬?yōu)化效率影響因素的研究[D];湘潭大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：940726