[發(fā)明專利]基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910320600.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110046437A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永勝;趙海忠;楊聰彬;劉志峰;王建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一、在ANSYS中對(duì)所建立的初始栓接結(jié)合部模型進(jìn)行有限元分析，獲取結(jié)合部各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和節(jié)點(diǎn)壓力，同時(shí)生成ANSYS的命令流文件；

步驟二、以分形接觸理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用MATLAB軟件，編寫(xiě)計(jì)算程序，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的接觸剛度；

步驟三、基于果蠅優(yōu)化算法，采用isight集合功能，將ANSYS和MATLAB軟件集合到isight中，確定優(yōu)化間距長(zhǎng)度(long)和寬度(width)的范圍、粒子群大小、迭代次數(shù)和最終的優(yōu)化目標(biāo)等參數(shù)，不同的參數(shù)設(shè)定直接影響優(yōu)化的能力，進(jìn)行循環(huán)迭代，尋找最大的結(jié)合部剛度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟一具體為，

建立栓接結(jié)合部模型，進(jìn)行有限元?jiǎng)澐郑┘蛹s束和模擬螺栓預(yù)緊力，進(jìn)行有限元靜力分析，提取各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟二具體為，

利用結(jié)構(gòu)函數(shù)法計(jì)算出結(jié)合部的分形參數(shù)，結(jié)合部栓接表面法的輪廓曲線利用Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)表示

式中z—粗糙表面輪廓高度；

x—表面采樣長(zhǎng)度坐標(biāo)；

D—輪廓曲線的分形維數(shù)；

G—粗糙表面的特征尺度系數(shù)；

γ—譜密度的尺寸參數(shù)；

φ_n—隨機(jī)相位；

n—頻率指數(shù)；

對(duì)于獨(dú)立的微凸體形貌表述，根據(jù)單頻率(γⁿ＝1/l)的W-M函數(shù)來(lái)獲得，獨(dú)立微凸體Z₀(x)數(shù)學(xué)公式為：

對(duì)于一個(gè)給定接觸點(diǎn)截面面積為a′的微凸體,其變形量δ由z₀(x)在x＝0處求得：

在微觀尺度下，認(rèn)為a′＝l²，微凸體的頂點(diǎn)曲率半徑為：

由Hertz理論可知單個(gè)微凸體的彈性載荷為F_e＝4Er³/3R,式中r為真實(shí)接觸面積半徑

將其帶入F_e＝4Er³/3R，可得

在MB模型中，微凸體接觸點(diǎn)數(shù)與截面面積關(guān)系為

其中a′_L為最大微接觸點(diǎn)平截面積

根據(jù)剛度定義可得到單個(gè)微凸體的法向接觸剛度為：

結(jié)合微凸體截面積分布函數(shù)積分得到結(jié)合部的總剛度為：

根據(jù)以上公式，在MATLAB中編寫(xiě)出節(jié)點(diǎn)剛度計(jì)算公式，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)剛度進(jìn)行加和計(jì)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟三具體為，

果蠅優(yōu)化算法通過(guò)以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

1)隨機(jī)初始果蠅群體位置X,Y；

2)配置獨(dú)立果蠅使用嗅覺(jué)尋找食物的隨機(jī)搜索方向與距離，rand()是尋優(yōu)過(guò)程中隨機(jī)生成的一個(gè)0-1之間的一個(gè)值：

Xi＝X+rand()，Yi＝Y(jié)+rand()

3)估算果蠅與搜索原點(diǎn)之間的距離D，之后計(jì)算味道濃度的判定值S,S為距離參數(shù)D的倒數(shù)值：

D＝(Xi2+Yi2)0.5，S＝1/D

4)將味道濃度判定數(shù)值引用到味道濃度判定函數(shù)來(lái)求求獨(dú)立果蠅個(gè)體的位置味道濃度smell:

smell＝Function(S)

5)尋到得到果蠅群體中所有獨(dú)立果蠅味道濃度最大的果蠅：

[bestsmellbestindex]＝max(smell)

6)保留味道濃度最大的果蠅的最佳味道濃度值與X、Y的坐標(biāo)，之后果蠅種群會(huì)利用視覺(jué)朝向該最大值位置飛去:

smellbest＝bestsmell

X＝X(bestindex)

Y＝Y(jié)(bestindex)

7)進(jìn)入果蠅算法迭代尋優(yōu)，重復(fù)之上的步驟2)～5)，并且判斷味道的濃度是否優(yōu)于之前迭代的味道濃度，若是則進(jìn)行步驟6)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于果蠅優(yōu)化算法對(duì)栓接結(jié)合部間距的優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟四具體過(guò)程如下，

進(jìn)入isight軟件中optimization組塊，在此插入果蠅優(yōu)化算法，設(shè)置總迭代次數(shù)、粒子群數(shù)量等參數(shù)，選擇變量為long和width，并設(shè)置變化區(qū)間，設(shè)置約束和優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)；MATLAB輸出總剛度結(jié)果計(jì)入optimization，optimization變換long和width的數(shù)值，等于變化了一個(gè)果蠅的飛行方向，循環(huán)迭代進(jìn)入ANSYS輸入，optimization會(huì)根據(jù)總剛度值的結(jié)果變換long和width的變化方向，使long和width的變化向著總剛度最大的目標(biāo)變化，等于變化了果蠅群體的飛行方向。