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基于有限元分析和進化算法的摩托車車架優(yōu)化設(shè)計



中文翻譯7200字

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Jorge E. Rodríguez

Andrés L. Medaglia

Juan P. Casas



Industrial Engineering Department

Mechanical Engineering Department

Universidad de los Andes

Bogotá,COLOMBIA



摘要

摩托車管狀車架的設(shè)計是一項具有挑戰(zhàn)性的工程學(xué)問題，其部分原因是兩個主要設(shè)計標準即減小車架的質(zhì)量和降低最大的組織應(yīng)力之間的沖突。在目前不同類型的決策參數(shù)下，離散的參數(shù)（如在市場上可見到的標準直徑管）和連續(xù)的參數(shù)（如角度和內(nèi)圓角）問題會變得更加復(fù)雜。本文提出了一種車架設(shè)計的優(yōu)化方法，該方法基于進化算法和對結(jié)構(gòu)進行計算的有限元分析法。進化算法很好的處理了前面提及的兩個優(yōu)化目標之間的關(guān)系以及設(shè)計中的混合決定參數(shù)的問題。結(jié)構(gòu)仿真軟件和進化算法之間的一個交流程序發(fā)展成使該混合工藝自動化的程序。該方法獲得的車架與之前用常規(guī)的設(shè)計方法得到的結(jié)果相比，在車架的性能研究方面表現(xiàn)出了重大的進展。



1引言

有限元分析（FEA）軟件是一個功能強大的模擬仿真工具，用以解決各種各樣現(xiàn)實世界的力學(xué)分析問題。遺憾的是，一些包括優(yōu)化模塊的商業(yè)有限元程序不能處理多重標準，并且把設(shè)計參數(shù)控制在一個實域內(nèi)。

進化算法（Michalewicz，1996年）是一種基于自然選擇原理的群體搜索技術(shù)，被用來解決復(fù)雜的優(yōu)化問題。目前，一些研究人員已經(jīng)將有限元分析和單目標進化算法相結(jié)合，以解決不同的工程設(shè)計問題。Abe等人（2004年）曾使用這一程序，以改善輪輞的結(jié)構(gòu)。Giger（2004年）使用相似的技術(shù)設(shè)計了GP1比賽專用摩托車的輪輞。

這是個不斷發(fā)展的項目。這個項目的主要目的是開發(fā)設(shè)計低成本的摩托車。此項目提出了一種基于ANSYS軟件和多目標進化算法（MOEA）結(jié)合的方法，其重點放在摩托車車架的設(shè)計上。該算法基于參數(shù)選擇的Apriori算法之上，它平衡了摩托車車架設(shè)計中車架質(zhì)量和摩托車制動時最大的組織應(yīng)力之間的關(guān)系。該方法執(zhí)行了一個混合的字符串結(jié)構(gòu)，它考慮到了現(xiàn)實和整的設(shè)計參數(shù)，單點交換操作和趨于正太分布的變異操作。有限元分析程序和多目標進化算法之間的交流程序已經(jīng)發(fā)展為使設(shè)計工程自動化的程序。這種方法理論可以容易的應(yīng)用到許多其他多目標工程設(shè)計問題的分析。圖1簡要的闡明了這一過程。