● 摘要
在机械设计优化过程中，通常需要很多次迭代才能得到最优结果，而且每次计算也会花费大量的时间，这严重影响了优化过程的可行性。为了减少计算时间，但又不会对计算结果造成太大的影响，因此我们用近似方法来建立代理模型，以此来减少每次迭代时所用的大量计算时间，使优化设计过程可以顺利的进行下去。设计优化技术的发展要求尽量采用高精度分析模型，其中结构优化要求采用有限元法，所以将有限元分析软件如何与优化过程相结合成为一个重要的研究内容。代理模型是一种包含试验设计和近似方法等多项内容的建模方法，它通过在系统中用数学模型来替代原有分析模块的方式，实现了分析模块与优化过程的结合，使设计优化过程变的切实可行。本文系统分析了机械设计优化方法中代理模型的构造过程，比较了几种相关的试验设计方法和数学近似方法。基于代理模型技术把ANSYS运用到了结构优化分析中。基本思路是利用试验设计法选取样本点，并对样本点对应的结构进行尺寸求出相应的响应，然后根据样本点和响应建立代理模型，再利用遗传算法求出设计变量的最优解，进而得到结构最优设计点。四个算例结果表明这种方法思路清晰，通用性较好，并具有较好的优化效果，适合用在多学科优化设计中。本文最后对本方法如何在减速器结构及其子系统中应用进行了阐述，为下一步对减速器进行设计优化奠定了基础。