基于差分进化算法的复合材料铝蜂窝夹芯筒优化设计

发布时间：2021-11-07 10:34

　　基于差分进化算法,建立了复合材料铝蜂窝夹芯筒优化设计程序。分析了优化设计的特点,针对基本差分进化算法自身的缺陷,对变异率和交叉率做出调整,提出一种改进的自适应差分进化算法,使得改进的算法具有较快的寻优速度和较好的全局搜索能力。开展了对复合材料铝蜂窝夹芯筒以质量最小为目标的优化设计。数值函数试验和工程仿真算例验证了改进的差分进化算法具有较好的全局收敛性,仿真结果表明,改进的算法较原算法可使铝蜂窝夹芯筒的质量减小15%。 

【文章来源】：现代制造工程. 2020,(10)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

复合材料铝蜂窝夹芯筒结构

由式(1)可知,目标函数夹芯筒总质量m是复合材料铺层层数(后简称层数)n、内径d和芯子厚度tc等的函数。采用本文第1.2节的等效方法,芯子可作为一层厚度为tc、铺层角为0o的特殊铺层。图2所示为优化设计目标函数分布示意图。从图2所示中可以看出,将质量m和内径d的关系构成的曲面定义为Sk(见图2中虚线包围的区域)。层数n的值决定了设计变量铺层角θk(k=1,2,…,n)的个数,在优化设计中反映为层数变量的个数,即维度。每1个层数对应1个和Sk类似的曲面,则不同的层数n对应不同维度空间内的曲面。当层数发生改变,整个夹心筒的直径会随之改变,不同的层数会对应不同维度空间的局部可行域,对于搜索区间内的任意一个个体,只有当该个体满足本文第1.4节中所有约束条件时,该个体才被认为是可行个体,因此,k层时优化设计对应的局部可行域(标记为Fk,Fk也可能是空集)是曲面Sk的子集。优化设计的可行域Fu是每1个层数变量对应局部可行域的并,用符号“∪”表示,即:

设置α和β的作用是调整变异率和交叉率的数值,使其变化规律免受Gm的影响。设置Gm=100、Gm=1 000和Gm=5 000,变异率和交叉率的变化趋势分别如图3～图8所示。由图3～图8可以看出,在引入新的变异率和交叉率公式后,随着种群进化代数的增加,变异率呈现稳定的“正S”型曲线变化规律,交叉率呈现稳定的“负S”型曲线变化规律。在迭代初期,可以增加种群多样性,防止优化过早陷入局部最优解;在进化后期,可保留优良信息,避免最优解破坏。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]蜂窝芯层等效参数研究综述[J]. 富明慧,徐欧腾,陈誉.  材料导报. 2015(05)
[4]复合材料参数化桨叶的动力学减振优化设计[J]. 陈琨,刘勇,张呈林,倪先平.  航空动力学报. 2014(08)
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[6]基于Chebyshev映射的混沌序列研究[J]. 雷利华,马冠一,蔡晓静,施浒立.  计算机工程. 2009(24)

博士论文
[1]多功能复合材料蜂窝结构的导热及力学性能[D]. 于国财.哈尔滨工业大学 2016

硕士论文
[1]基于云计算的改进差分进化算法的研究与实现[D]. 糜培培.电子科技大学 2018
[2]差分进化算法的改进及其在目标跟踪的应用研究[D]. 杨笛.南京邮电大学 2017
[3]碳纤维—铝蜂窝结构承载性能试验与优化研究[D]. 陈可亮.北京交通大学 2014



本文编号：3481698