基于多目标遗传算法的气门弹簧优化设计

发布时间：2017-05-04 03:10

  本文关键词：基于多目标遗传算法的气门弹簧优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气门弹簧是配气结构中重要的组成零件，它的性能直接决定着内燃机是否能正常工作。汽车发动机发展趋势是小型化、高速化，这要求气门弹簧要有较高的强度，还要不断减少气门弹簧的安装空间。因此必须保证气门弹簧在上述要求下具有满足设计要求的综合性能。气门弹簧的优化问题可以归属为多目标优化问题，利用传统的设计方法对气门弹簧优化存在着一定的不足。多目标遗传算法是一种优秀的求解多目标优化问题的算法，已被广泛应用于解决工程领域中的多目标优化问题。 本文描述了NSGA-Ⅱ算法求解气门弹簧多目标优化问题的详细过程，建立了气门弹簧的多目标优化模型。模型以气门弹簧的质量、自由高度、防共振性能最好作为目标函数，选取弹簧的工作圈数n、弹簧中径D和弹簧丝直径d作为决策变量。采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ和基于参考点的R-NSGA-Ⅱ算法分别对气门弹簧的多目标优化模型进行求解。对得到的优化结果进行了分析和研究，并选取一部分结果与传统设计方法的优化结果进行了比较，验证了计算结果的正确性和优化算法的有效性。采用ANSYSWorkbench对气门弹簧的实体模型进行了有限元分析，其刚度、变形量和强度均能满足设计要求，，进一步验证了多目标优化结果的正确性。 本文的研究结果表明，多目标遗传算法NSGA-Ⅱ能比传统方法更好地的实现气门弹簧的多目标优化。多目标遗传算法能够在协调各个目标函数的情况下得到比较理想的Pareto最优解集，比传统方法更能有效地提高气门弹簧的综合性能，是解决气门弹簧多目标优化问题的一个有效的工具，并且具有良好的工程应用前景。
【关键词】：气门弹簧 多目标优化 遗传算法 NSGA-Ⅱ
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP18;TH135
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 国内外气门弹簧的研究现状10-11
• 1.3 多目标遗传算法的相关研究现状11-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 圆柱螺旋弹簧的基本设计理论15-23
• 2.1 圆柱螺旋弹簧的基本理论15-21
• 2.1.1 圆柱螺旋弹簧的几何参数15-16
• 2.1.2 圆柱螺旋弹簧的受力分析16-19
• 2.1.3 圆柱螺旋弹簧变形分析19-21
• 2.1.4 圆柱螺旋压缩弹簧的稳定性21
• 2.2 本章小结21-23
• 第三章 气门弹簧的多目标优化23-58
• 3.1 气门弹簧的主要失效原因23-24
• 3.2 气门弹簧优化设计数学模型及特点24-25
• 3.2.1 气门弹簧优化设计数学模型24-25
• 3.2.2 气门弹簧优化设计问题的特点25
• 3.3 气门弹簧的多目标优化数学模型25-29
• 3.3.1 确定设计变量26
• 3.3.2 目标函数的确定26
• 3.3.3 约束条件26-28
• 3.3.4 工程优化算例28-29
• 3.4 优化过程的实现29-30
• 3.5 多目标遗传算法研究30-46
• 3.5.1 NSGA-II 采用的技术30-33
• 3.5.2 NSGA-II 算法主流程33-35
• 3.5.3 本文算法的实现准备35-37
• 3.5.4 NSGA-II 算法的性能测试37-40
• 3.5.5 基于参考点的 R-NSGA-II 算法40-41
• 3.5.6 R-NSGA-II 算法的数值实验41-46
• 3.6 气门弹簧的多目标优化仿真46-53
• 3.6.1 基于 NSGA-II 的优化结果46-50
• 3.6.2 基于 R-NSGA-II 的优化结果50-53
• 3.7 优化结果对比分析53-56
• 3.8 气门弹簧优化结论56-57
• 3.9 本章小结57-58
• 第四章 气门弹簧有限元分析58-69
• 4.1 有限元分析简介58-59
• 4.1.1 有限元理论介绍58
• 4.1.2 有限元软件介绍58-59
• 4.2 气门弹簧实体建模59-60
• 4.3 静力学分析60-64
• 4.3.1 网格划分61
• 4.3.2 气门弹簧刚度分析61-62
• 4.3.3 气门弹簧应力和轴向变形分析62-64
• 4.4 模态分析64-67
• 4.5 疲劳强度校核67
• 4.6 结果分析67-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 总结和展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 附录 A74-78
• 致谢78-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙奇涵;董恩国;张蕾;;基于双响应面法的螺旋弹簧设计[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2011年01期

2 魏锋涛;宋俐;李言;石坤;赵建峰;;基于模糊理论的机械多目标优化设计[J];工程图学学报;2010年02期

3 黄卫华;许小勇;范建坤;;实数编码遗传算法中常用变异算子的Matlab实现及应用[J];广西轻工业;2007年01期

4 朱政红;混合离散优化方法在弹簧设计中的应用[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2001年02期

5 肖启敏;范春凤;黄晶晶;;基于MATLAB的圆柱螺旋弹簧的优化设计[J];机电产品开发与创新;2008年03期

6 张升才;王文良;郦剑;罗娟;;气门弹簧断裂失效分析[J];金属热处理;2011年02期

7 龚讯;汽车悬架弹簧向高强度方向发展[J];机电新产品导报;2003年03期

8 张超群;郑建国;钱洁;;遗传算法编码方案比较[J];计算机应用研究;2011年03期

9 马贵飞;圆柱螺旋压缩弹簧的多目标模糊优化设计[J];机械设计与制造;2003年05期

10 刘斌;储伟俊;;基于Pro/E的圆柱螺旋弹簧仿真[J];机械工程师;2007年09期

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本文编号：344282