The invention discloses a mechanical structure size optimization method based on the material characteristic parameter error. The steps are as follows: 1. Determine the size parameters of the mechanical structure which need to be optimized; 2. Based on the objective existence of the error of the material characteristic parameters in the actual engineering, the range of the value of the error variable and the optimal variable is determined; 3. The interval optimization problem is transformed by using the interval order relation model. 4. The interval multi-objective optimization model of mechanical structure size parameters based on the material characteristic parameter error is established. 5, the agent model is established to replace the finite element analysis model of the complex mechanical structure. 6, the nested genetic algorithm is used to solve the interval optimization. The model. The invention is based on the objective existence of the error factors of the material characteristic parameters in the optimization of mechanical structure parameters. The optimized size parameter of the mechanical structure is more robust, which is in line with the engineering practice, and the engineering significance is obvious.
【技术实现步骤摘要】
基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法
本专利技术涉及机械结构尺寸优化领域,具体涉及一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法。
技术介绍
现有的机械结构尺寸参数优化一般是基于确定的系统和模型,并借助于机械结构优化的方法进行求解。在实际工程中,存在各种各样的误差或不确定性,如材料加工制造的误差、测量误差、边界条件、载荷等的不确定性等,大多数情况下这些误差或不确定性对系统性能的影响很小,可以忽略不计,但是这些误差耦合在一起就有可能对机械系统整体性能产生较大影响。本专利技术从结构优化中存在的材料特性参数误差入手,在结构优化之初就考虑这些误差的客观存在,使机械结构尺寸参数优化的结果更具鲁棒性、更符合工程实际。在机械结构优化领域,现有的优化方法和参考文献均没有考虑材料特性参数误差变量的存在,它会使优化结果不可靠,不能有效地保证复杂机械系统的整体性能。机械结构尺寸参数对于机械系统整体性能来说是十分重要的。误差变量的分布具有随机性,实践中要想得到误差的概率分布是非常困难的,需要大量统计数据为基础,根据数理统计理论分析才能得到。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法,包括以下步骤:步骤一、确定需要进行优化的n个机械结构零部件的尺寸参数X=[x1,x2,...,xn],确定m个材料特性参数误差变量U=[u1,u1,…,um]。步骤二、假设优化变量和材料特性参数误差变量服从区间分布的概率模型,利用区间概率数学模型来表示优化变量的取值范围和误 ...
【技术保护点】
一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、确定需要进行优化的机械结构零部件的n个尺寸参数X=[x1,x2,...,xn],确定m个材料特性参数误差变量U=[u1,u1,…,um];步骤二、假设优化变量和材料特性参数误差变量服从区间分布的概率模型,利用区间概率数学模型表示优化变量的取值范围和误差变量的波动范围;步骤三、采用区间中点值和半径值来评价不同目标函数区间的优劣,建立基于材料特性参数误差的结构尺寸优化数学模型,用区间序关系模型≤CW对建立的数学模型进行转化;步骤四、采用最优拉丁超立方试验设计的方法选取样本点和检测点,建立复杂机械结构有限元分析模型的代理模型;步骤五、利用嵌套的多目标遗传算法求解步骤三和步骤四建立的多目标优化数学模型。
【技术特征摘要】
1.一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、确定需要进行优化的机械结构零部件的n个尺寸参数X=[x1,x2,...,xn],确定m个材料特性参数误差变量U=[u1,u1,…,um];步骤二、假设优化变量和材料特性参数误差变量服从区间分布的概率模型,利用区间概率数学模型表示优化变量的取值范围和误差变量的波动范围;步骤三、采用区间中点值和半径值来评价不同目标函数区间的优劣,建立基于材料特性参数误差的结构尺寸优化数学模型,用区间序关系模型≤CW对建立的数学模型进行转化;步骤四、采用最优拉丁超立方试验设计的方法选取样本点和检测点,建立复杂机械结构有限元分析模型的代理模型;步骤五、利用嵌套的多目标遗传算法求解步骤三和步骤四建立的多目标优化数学模型。2.根据权利要求1所述的基于材料特性参数误差的机械结构尺寸参数优化方法,其特征在于:所述步骤二具体实现方法如下:步骤二(一)、假设优化变量xi的取值范围是则用区间表示xi的取值范围如下:为优化变量xi取值的左边界,为优化变量xi取值的右边界;步骤二(二)、假设误差变量uj的名义尺寸值为a,误差波动范围为±5%,uj取值的左边界uj取值的右边界则用区间表示误差变量uj的取值范围如下:3.根据权利要求1所述的基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法,其特征在于:所述步骤三具体实现方法如下:步骤三(一)、步骤二建立了误差变量和优化变量的区间表示,则对于区间数AI和BI,区间序关系模型≤CW如下所述:式中:其中:AC、BC表示区间的中点,AW、BW表示区间的半径,AL、BL表示区间的左边界,AR、BR表示区间的右边界;步骤三(二)、根据以上建立的区间序关系模型≤CW,建立不同区间的比较模型,如下所述:假设目标函数为f(x),对于不同的优化变量和误差变量,f(x)对应不同的取值范围;定义fL(x)=minf(x),fR(x)=maxf(x),fL(x)为f(x)在优化变量区间和误差变量区间目标函数的最小值,fR(x)为f(x)在优化变量区间和误差变量区间目标函数的最大值,则目标函数的区间中点值和半径值如下,
【专利技术属性】
技术研发人员:李志旭,杨国来,葛建立,孙全兆,李荣,刘丹,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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