亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于組合近似模型的城市客車車架輕量化研究*

        2020-02-07 06:37:12趙東偉尹懷仙張洪信趙清海付磊
        公路與汽運(yùn) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:克里車架精度

        趙東偉, 尹懷仙, 張洪信, 趙清海, 付磊

        (青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 山東 青島 266071)

        車架作為城市客車的核心零部件之一,是基本的承載、連接件,有著較大的質(zhì)量占比。試驗(yàn)表明,汽車整備質(zhì)量減少10%,能量消耗減少6%~8%,續(xù)航能力、轉(zhuǎn)向靈活性等也得到提高。因此,在滿足客車車架強(qiáng)度、剛度要求的前提下對(duì)車架進(jìn)行輕量化十分必要。

        由于傳統(tǒng)的有限元優(yōu)化分析方法計(jì)算量大、效率低,通常建立近似模型代替原始模型來處理復(fù)雜工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。目前大多數(shù)研究是從多種近似模型中選擇擬合精度最好的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,對(duì)于復(fù)雜機(jī)械優(yōu)化問題,各種近似模型對(duì)各種狀態(tài)變量的預(yù)測能力表現(xiàn)各異,在優(yōu)化設(shè)計(jì)中選取單一近似模型易造成局部最優(yōu)。如Pan F.等利用單一的支持向量回歸近似模型對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化迭代,其不能保證約束函數(shù)的全局精度;Chen S. K.等基于Kriging近似模型和水平集表征法對(duì)響應(yīng)的不確定區(qū)域進(jìn)行量化,其對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)采集的樣本數(shù)依賴性較大,可能導(dǎo)致結(jié)果局部最優(yōu)。因此,該文以某混合動(dòng)力城市客車底盤車架為研究對(duì)象,通過對(duì)響應(yīng)面、徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、克里格及正交多項(xiàng)式4種近似模型的預(yù)測能力的對(duì)比分析,按照一定的權(quán)系數(shù)線性疊加建立組合近似模型,對(duì)城市客車車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì),驗(yàn)證組合近似模型在城市客車車架輕量化設(shè)計(jì)中的可靠性。

        1 建立近似模型

        近似模型是通過建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型來近似模擬一組激勵(lì)參數(shù)與響應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系,以精確擬合實(shí)際模型。其建立流程見圖1。

        圖1 近似模型建立流程

        1.1 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

        徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF)以待測點(diǎn)與樣本點(diǎn)之間的歐幾里得距離為自變量,即假設(shè)x1,…,xN∈Ω?RN代表一組基函數(shù)的輸入變量:

        gi≡g(‖x-xi‖c)∈R(i=1,…,N)

        (1)

        徑向基函數(shù)的基本形式為:

        (2)

        1.2 響應(yīng)面模型

        響應(yīng)面模型(RSM)基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù),利用多項(xiàng)式函數(shù)擬合設(shè)計(jì)空間,具有計(jì)算效率高、適用范圍廣和魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。其基本形式為:

        (3)

        式中:xi為第i個(gè)設(shè)計(jì)分量;α0,αi,αij,αii,αijk,…,αii…i為多項(xiàng)式待定系數(shù);d為響應(yīng)面的最高階數(shù)。

        1.3 正交多項(xiàng)式模型

        當(dāng)試驗(yàn)因素較多時(shí),采用最小二乘法求響應(yīng)面模型參數(shù)的計(jì)算過程相當(dāng)復(fù)雜,可采用正交多項(xiàng)式擬合響應(yīng)面模型(Chebyshev)使計(jì)算過程簡化,同時(shí)彌補(bǔ)使用最小二乘法求系數(shù)過程中的不足。

        1.4 克里格模型

        克里格方法(Kriging)是基于變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析,在規(guī)定區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量取值,并進(jìn)行無偏、最優(yōu)估計(jì)的一種空間局部內(nèi)插方法。其基本表達(dá)式為:

        (4)

        式中:p(x)為最基本的多項(xiàng)式;z(x)為均值為零的隨機(jī)項(xiàng),通常取高斯函數(shù)作為相關(guān)函數(shù)。

        1.5 組合近似模型

        組合近似模型(EM)由多個(gè)近似模型(如多項(xiàng)式、徑向基函數(shù)、克里格和正交多項(xiàng)式等)加權(quán)線性疊加構(gòu)成。其一般表達(dá)式為:

        (5)

        式中:yEN為組合近似模型的響應(yīng)預(yù)測值;M為單一近似模型的個(gè)數(shù);ωi、yi分別為第i個(gè)模型的權(quán)系數(shù)和響應(yīng)預(yù)測值;設(shè)計(jì)變量x為矢量。

        式(5)中權(quán)系數(shù)之和等于1。組合近似模型的關(guān)鍵是計(jì)算權(quán)重系數(shù)。采用啟發(fā)式方法計(jì)算權(quán)重系數(shù)的公式如下:

        (6)

        (7)

        (8)

        2 單一近似模型精度分析

        2.1 車架有限元模型

        根據(jù)城市客車的二維圖紙,利用CATIA軟件構(gòu)建車架幾何模型并以IGES文件儲(chǔ)存,導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS中。網(wǎng)格單元尺寸為10 mm。劃分網(wǎng)格后的車架網(wǎng)格單元為255 727個(gè),節(jié)點(diǎn)為257 049個(gè)(見圖2)。

        圖2 客車車架有限元模型

        2.2 設(shè)計(jì)變量與響應(yīng)的確定

        車架輕量化設(shè)計(jì)中必須保證車架強(qiáng)度滿足要求。以車架所受最大應(yīng)力和總質(zhì)量為響應(yīng)量,選取車架中9個(gè)板料的厚度為設(shè)計(jì)變量(見圖3),按照工程常用鋼板厚度將X1~X9的取值范圍設(shè)定為2~20 mm。

        圖3 設(shè)計(jì)變量的選取

        2.3 最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        對(duì)9個(gè)設(shè)計(jì)變量采用最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生樣本點(diǎn)。最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計(jì)改進(jìn)了隨機(jī)拉丁超立方設(shè)計(jì)的均勻性,使所有試驗(yàn)點(diǎn)盡量均勻分布在設(shè)計(jì)空間,使因子和響應(yīng)的擬合更精確真實(shí)。抽取200組試驗(yàn)樣本組成試驗(yàn)設(shè)計(jì)矩陣(見表1)。

        2.4 近似模型擬合效果分析

        從響應(yīng)擬合效果圖可直觀地看出近似模型的精度高低,響應(yīng)擬合效果圖中縱坐標(biāo)為有限元分析得到的仿真計(jì)算值,橫坐標(biāo)為同一樣本點(diǎn)通過近似模型預(yù)測的響應(yīng)值,對(duì)角線代表真實(shí)的適應(yīng)度,殘差為零。采集的樣本點(diǎn)落在對(duì)角線或其附近越多,則響應(yīng)的預(yù)測精度越好。確定性系數(shù)R2和均方根誤差RMSE反映近似模型的整體精度,其計(jì)算公式分別見式(9)、式(10)。要求R2≥0.9、RMSE≤0.2。

        表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) mm

        (9)

        (10)

        以車架各主要承載梁X1~X9的厚度為優(yōu)化輸入變量、車架使用性能相關(guān)參數(shù)(總質(zhì)量和最大應(yīng)力)為優(yōu)化輸出變量,根據(jù)表1中樣本點(diǎn)對(duì)4種近似模型的擬合效果進(jìn)行分析。徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型的擬合效果和精度分別見圖4、表2,響應(yīng)面近似模型的擬合效果和精度分別見圖5、表3,正交多項(xiàng)式近似模型的擬合效果和精度分別見圖6、表4,克里格近似模型的擬合效果和精度分別見圖7、表5。

        由圖4~7、表2~5可知:正交多項(xiàng)式近似模型中最大應(yīng)力響應(yīng)的確定性系數(shù)小于0.9,不能代替有限元模型進(jìn)行計(jì)算;其他3種模型的精度符合要求,均可代替有限元模型進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。就響應(yīng)的整體精度而言,克里格和響應(yīng)面近似模型的整體精度最高;就車架最大應(yīng)力響應(yīng)的擬合精度而言,克里格近似模型的精度最好;就車架總質(zhì)量響應(yīng)的擬合精度而言,響應(yīng)面和正交多項(xiàng)式近似模型的預(yù)測精度最高,克里格近似模型與之相比略有下降。綜上,選取克里格和響應(yīng)面模型構(gòu)建車架最大應(yīng)力和總質(zhì)量的組合近似模型。

        圖4 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似模型各響應(yīng)的擬合效果

        項(xiàng)目RMSER2最大應(yīng)力總質(zhì)量0.068 790.002 980.935 520.989 84

        圖5 響應(yīng)面近似模型各響應(yīng)的擬合效果

        項(xiàng)目RMSER2最大應(yīng)力總質(zhì)量0.012 130.003 280.971 260.999 81

        圖6 正交多項(xiàng)式近似模型各響應(yīng)的擬合效果

        項(xiàng)目RMSER2最大應(yīng)力總質(zhì)量0.097 880.002 510.897 590.999 86

        3 基于組合近似模型的車架輕量化設(shè)計(jì)

        3.1 權(quán)系數(shù)的確定

        采用啟發(fā)式計(jì)算法,針對(duì)不同響應(yīng),根據(jù)式(6)~(8)計(jì)算組合近似模型中各單一近似模型的權(quán)系數(shù),結(jié)果見表6。

        利用單一近似模型的權(quán)系數(shù)構(gòu)建組合近似模型,并對(duì)其擬合效果進(jìn)行分析,結(jié)果見圖8。

        由圖8可知:有限元仿真值和組合近似模型的預(yù)測值誤差較小,預(yù)測精度略高于單一近似模型,且適合各種狀態(tài)變量的預(yù)估。因此,可采用該組合近似模型代替有限元模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

        3.2 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

        以車架的最大應(yīng)力和變形為約束、質(zhì)量最小為目標(biāo)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可定義為:

        項(xiàng)目RMSER2最大應(yīng)力總質(zhì)量0.005 720.017 600.999 300.989 57

        表6 近似模型的權(quán)系數(shù)

        圖8 組合近似模型各響應(yīng)的擬合效果

        (11)

        式中:M(X)為車架的總質(zhì)量;X為設(shè)計(jì)變量的可行域,X=[X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9];Δrmax(X)為車架的剛度變形,其最大值為0.06 m;λ為強(qiáng)度安全系數(shù),λ=1.5;σmax為車架受到的最大應(yīng)力;σs為材料的屈服強(qiáng)度,σs=345 MPa。

        3.3 模型求解

        采用霍克-吉維斯直接搜索法在優(yōu)化空間中尋找全局最優(yōu)解。組合近似模型優(yōu)化前后各設(shè)計(jì)變量的比較見表7。

        表7 優(yōu)化前后各設(shè)計(jì)變量對(duì)比

        對(duì)優(yōu)化后車架重新建立有限元模型進(jìn)行分析,結(jié)果顯示:優(yōu)化后車架質(zhì)量為865 kg,比優(yōu)化前的989 kg減輕12.54%;優(yōu)化后車架的最大應(yīng)力由187 MPa增至214 MPa(見圖9),安全系數(shù)達(dá)到1.6,滿足設(shè)計(jì)要求。

        圖9 優(yōu)化前后車架等效應(yīng)力(單位:Pa)

        4 結(jié)論

        (1) 比較響應(yīng)面、徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、克里格及正交多項(xiàng)式4種近似模型對(duì)車架狀態(tài)變量的估算精度,克里格近似模型對(duì)最大應(yīng)力的估算精度最高,響應(yīng)面近似模型對(duì)總質(zhì)量的估算精度最高。

        (2) 基于克里格和響應(yīng)面近似模型構(gòu)建的車架狀態(tài)變量估算組合近似模型對(duì)各類狀態(tài)變量都有較高的估算精度,將其用于車架輕量化設(shè)計(jì),與優(yōu)化前車架相比,優(yōu)化后車架減輕12.54%,優(yōu)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn);雖然應(yīng)力有所增大,安全系數(shù)有所減小,但都在合理范圍內(nèi)。

        猜你喜歡
        克里車架精度
        今晚不能去你家玩啦!
        我可以咬一口嗎?
        知識(shí)窗(2023年2期)2023-03-05 11:28:27
        基于ANSYS升降穿梭車車架力學(xué)分析
        裝載機(jī)前車架加工工藝改進(jìn)
        你今天真好看
        你今天真好看
        讀者(2018年24期)2018-12-04 03:01:34
        基于DSPIC33F微處理器的采集精度的提高
        電子制作(2018年11期)2018-08-04 03:25:38
        滿世界做車架日本篇
        中國自行車(2018年4期)2018-05-26 09:01:43
        GPS/GLONASS/BDS組合PPP精度分析
        改進(jìn)的Goldschmidt雙精度浮點(diǎn)除法器
        亚洲高清视频在线播放| 日韩亚洲精选一区二区三区| 国产免费人成视频在线| 乱人伦中文视频在线| 日韩内射美女人妻一区二区三区 | 免费看黄片视频在线观看| 欧美老妇牲交videos| 国产av无码专区亚洲av极速版| 国产999视频| 久久亚洲精品成人av观看| 国产青青草在线观看视频| 日本精品αv中文字幕| 国产免费专区| 少妇人妻偷人中文字幕| 亚洲一区在线观看中文字幕| 玩弄放荡人妻少妇系列视频| 久久91综合国产91久久精品| 国产成人久久精品激情91| 精品久久中文字幕一区| 国产69久久精品成人看| 后入内射欧美99二区视频| 国产乱人伦AⅤ在线麻豆A| 久久亚洲春色中文字幕久久| 娇妻在交换中哭喊着高潮| 东京热加勒比国产精品| 亚洲a级视频在线播放| 极品少妇在线观看视频| 日本最新一区二区三区视频观看| 狠狠摸狠狠澡| 欧美日韩精品一区二区三区不卡| 成人综合久久精品色婷婷| 一区二区三区四区亚洲免费| 18黑白丝水手服自慰喷水网站| 精品国产福利一区二区在线| 国产在线拍91揄自揄视精品91| 国产在线播放一区二区不卡| 欧美猛男军警gay自慰| 美女高潮流白浆视频在线观看| 一本色道88久久加勒比精品| 国产动作大片中文字幕| 久久久窝窝午夜精品|