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采用组合赋权与雷达图法的张紧臂多目标优化

汪利洋 胡玉梅 何造

汪利洋, 胡玉梅, 何造. 采用组合赋权与雷达图法的张紧臂多目标优化[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(10): 1477-1483. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200244
引用本文: 汪利洋, 胡玉梅, 何造. 采用组合赋权与雷达图法的张紧臂多目标优化[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(10): 1477-1483. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200244
WANG Liyang, HU Yumei, HE Zao. Multi-objective Optimization for Tensioner Arm using Improved Combination Weighting Radar Chart Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(10): 1477-1483. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200244
Citation: WANG Liyang, HU Yumei, HE Zao. Multi-objective Optimization for Tensioner Arm using Improved Combination Weighting Radar Chart Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(10): 1477-1483. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200244

采用组合赋权与雷达图法的张紧臂多目标优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200244
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2018YFB2001702

详细信息
    作者简介:

    汪利洋(1994-), 硕士研究生, 研究方向为汽车及航空动力学分析及优化、汽车结构分析与计算机辅助设计, wangliyang_plk@163.com

    通讯作者:

    胡玉梅, 教授, 博士生导师, cdrhym@163.com

  • 中图分类号: TH133

Multi-objective Optimization for Tensioner Arm using Improved Combination Weighting Radar Chart Method

  • 摘要: 以自动张紧器为研究对象,结合发动机前端附件轮系(Engine front end accessory drive, EFEAD)系统的非线性有限元分析,采用折衷规划法定义张紧臂各摆角工况下结构的静态、稳态刚度和动态振动频率最大化的综合目标函数,并提出了一种改进的组合赋权雷达图法来确定各工况的最优权重系数,进行张紧臂结构的多目标优化设计。同时对比经验法、平均分配法和层次分析法定义权重系数的优化结果,验证了改进的组合赋权雷达图法的优越性。最后对张紧臂进行优化设计,分析结果表明:优化后张紧臂在质量减少的情况下,刚度性能和强度性能明显提高,各阶模态频率均可达到要求。
  • 图  1  某EFEAD传动系统非线性有限元模型

    图  2  某张紧臂拓扑优化模型

    图  3  张紧臂多工况拓扑优化流程图

    图  4  张紧臂静态和稳态工况雷达图

    图  5  多目标拓扑最终优化结果

    图  6  多种方案多目标拓扑优化迭代曲线

    图  7  优化设计后张紧臂结构

    图  8  优化设计后张紧臂有限元模型

    表  1  张紧器静态各工况参数

    工况位置(静态) 张紧臂位置 摆角/(°) 轮毂载荷Ft/N 张紧臂应力/MPa 张紧器变形/mm 皮带应力/MPa 相对工作时长
    1 最大工作摆角 246 910 123.14 0.77 1.77 0.20
    2 过渡摆角1 240 916 123.07 0.75 2.21 0.20
    3 过渡摆角2 238 922 121.30 0.73 2.53 0.20
    4 最佳工作摆角 232 928 118.45 0.69 2.85 0.30
    5 最小工作摆角 230 930 119.37 0.66 3.22 0.10
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    表  2  张紧臂稳态不同转速工况参数

    工况位置(稳态) 输入转速/(r·min-1) 轮毂载荷Ft/N 张紧臂应力/MPa 张紧器变形/mm 皮带应力/MPa 带轮滑移率/% 皮带横向振动/mm 工作时长/h
    6 1 000~1 500 928.13 121.40 0.72 2.51 5.9 2.15 10
    7 1 500~2 000 779.94 101.00 0.56 1.94 4.6 1.94 15
    8 2 000~3 000 550.66 70.52 0.40 1.25 3.2 1.53 20
    9 3 000~4 000 462.07 59.11 0.34 0.99 3.5 0.93 120
    10 4 000~5 000 442.35 57.40 0.30 0.78 3.8 0.76 150
    11 5 000~6 000 437.28 56.72 0.25 0.86 3.3 0.69 150
    12 >6 000 458.96 58.05 0.33 0.90 2.8 0.61 80
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    表  3  静态工况指标各种赋权方法所确定的权重对比

    方法 摇臂应力 摇臂变形 工作时长 带应力
    AHP法 0.200 0.200 0.522 0.078
    专家打分法 0.270 0.250 0.330 0.150
    优序图法 0.250 0.250 0.437 0.063
    熵权法 0.294 0.251 0.213 0.242
    变异系数法 0.272 0.248 0.232 0.248
    综合权值 0.274 0.232 0.341 0.153
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    表  4  稳态工况指标各种赋权方法所确定的权重对比

    方法 摇臂应力 摇臂变形 工作时长 带轮滑移率 横向振动 皮带应力
    AHP法 0.178 0.178 0.445 0.062 0.053 0.083
    专家打分法 0.225 0.192 0.333 0.070 0.072 0.108
    优序图法 0.222 0.222 0.306 0.055 0.056 0.139
    熵权法 0.228 0.135 0.160 0.125 0.163 0.189
    变异系数法 0.203 0.153 0.152 0.148 0.157 0.187
    综合权值 0.215 0.179 0.306 0.089 0.097 0.114
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    表  5  静态各工况权重系数

    静态工况 1 2 3 4 5
    权重 0.184 0.196 0.204 0.249 0.167
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    表  6  稳态各工况权重系数

    稳态工况 6 7 8 9 10 11 12
    权重 0.237 0.168 0.099 0.135 0.147 0.121 0.093
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    表  7  优化后张紧臂与参考模型工况最大应力对比 MPa

    工况 1 2 3 4
    参考模型 123.14 123.07 121.30 121.40
    优化模型 80.70 76.56 74.50 76.22
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    表  8  优化后张紧臂与参考模型工况最大位移对比mm

    工况 1 2 3 4
    参考模型 0.77 0.75 0.73 0.72
    优化模型 0.61 0.58 0.54 0.57
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    表  9  优化后张紧臂与参考模型前4阶模态频率对比 Hz

    工况 第1阶 第2阶 第3阶 第4阶
    参考模型 531.08 1 880.0 2 990.0 3 567.7
    优化模型 664.08 2 141.4 3 217.3 3 673.8
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  • 收稿日期:  2020-04-29
  • 刊出日期:  2021-10-01

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