第四章 优化设计4.3-4.4.ppt

3.? 混合法 混合法是用内点法处理不等式约束，用外点法处理等式约束。可以用来求解含不等式和等式约束的优化问题。 混合惩罚函数的形式为： r是惩罚因子 , 混合法具有内点法的特点，迭代过程在可行域之内进行，参数的选择同内点法。 惩罚函数法原理简单，算法易行，且分内点法、外点法和混合法三种，各有特点，适用范围广。需要和有效的无约束优化方法结合使用。因此该方法也是应用较多的有约束优化方法。 选择适用而有效的优化方法应考虑以下因素 ??? 1.优化设计问题的规模，即设计变量数目和约束条件数目的多少。??? 2.目标函数和约束函数的非线性程度、函数的连续性、等式约束和不等式约束以及函数值计算的复杂程度。 ??? 3.优化方法的收敛速度、计算效率，稳定性、可靠性，以及解的精确性??? 4.是否有现成程序，程序使用的环境要求、通用性、简便性、执行效率、可靠程度等。 离合器基本参数的优化（《汽车设计》（王望予 主编）P61.）1 设计变量 离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D，d。2 目标函数保证离合器性能要求的条件下使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为：3 约束条件 包括有7个约束条件。 4.4 优化方法在汽车工程的应用 汽车车架的优化设计方法 优化设计作为一门新兴技术在现代汽车设计中得到了广泛的应用。最优化是现代工程产品设计的目标。根据性能需要合理的选择方案,以获得最佳效果。通常情况下汽车设计是为了保证汽车的安全性,车架的设计刚度强度都远远大于安全规定。虽然保证了安全性,却带来了油耗增加,噪音变大,厂家耗材多等一系列问题。 1 　客车车架有限元模型的建立 　　根据纵梁的结构特点,车架可以分为周边式、X型式、梯形、脊梁式和综合式几种。其中梯型车架又称为边梁式车架,是比较常用的一种车架。本节介绍的客车模型就是边梁式车架。 　车架纵梁形式的确定 车架的纵梁结构一方面要保证车架的功能,另一方面还要满足整车总体布局的要求,同时要求形状简单。纵梁的形状有上翼面是平直的和弯曲的两种:上翼面平直式的车厢地板平整纵梁制造方便;翼面弯曲式纵梁部分区段降低,地板相应高度降低,车辆的稳定性增强。 纵梁的横截面形状有槽型、工字型、箱型、管型和Z 型,要求能使纵梁的各断面的应力接近。可以改变梁的高度,使中部断面高,两端断面低。槽型断面的纵梁有较好的抗弯强度,又便于安装各种汽车部件,因此得到了广泛应用,但是此种断面的抗扭性较差。从降低车架纵梁的抗弯应力方面考虑,增大槽型断面高度最有利,但是汽车的质心高度增加。增加上下翼面的宽度,也可以提高纵梁的抗弯强度。综合考虑上述因素的影响,通常高和宽的比值为2.8～3. 5 。 　车架横梁形式的确定 车架横梁将左右纵梁连接到一起,形成一个框架,使车架有足够的抗扭刚度。汽车的主要总成通过横梁来支撑。重型汽车的横梁一般有4～6 根,结构和用途不一样,前横梁用来支撑水箱,中横梁用来作传动轴的中间支撑。为了保证传动轴有足够的跳动空间,常将横梁做成拱形。 　纵横梁连接方式及特点 横梁和纵梁的固定方法可分为铆接、焊接和螺栓连接等方式。铆接的成本低,焊接可保证大的刚度,但是有较大的内应力,螺栓连接通常在各种特殊条件下使用的汽车上采用。 车架的宽度是左右纵梁腹板外侧面之间的宽度,车架前部宽度的最小值取决于发动机的外廓宽度。最大值受到前轮转角的限制。车架后部主要根据车轮外侧的轮胎和钢板弹簧片宽等尺寸来确定,为了提高汽车的横向稳定性,最好是车架前后等宽。 DD6900H2 的简化有限元模型 图为DD6900H2 型大客车的车架按简支梁划分的简化计算模型。由于车架一般多由薄壁梁组成,可简化为若干个梁单元以刚性相连接而成,简化时可将集中力处设为节点。在简化过程中忽略行李箱的影响,但是施加载荷时把行李箱的载质量330kg 考虑在内。 　车架简支梁简化计算模型 遇到变截梁面可简化为由若干个不同梁单元连成。由于要考虑轮胎和底架板簧等的影响,把轮胎和板簧简化成一个有限元中的弹簧结构。新结构中弹簧的刚度分别是bc/ ( a+ b) 和ac/ ( a + b) ,如图2 所示。其中a 、b 分别为板簧的两端作用点到中点的距离, c 是原来弹簧和轮胎的实际刚度。 2 　车架的受载分析 　汽车的使用条件复杂,受力情况也很复杂，典型的工况 2. 1典型的工况有四大类 a) 匀速直线行驶:客车在满载的状态下,主要计算四轮着地时的结构强度和刚度; b) 紧急制动:主要考虑汽车以最大制动力制动时,地面制动力对