本发明专利技术公开了一种压缩弹簧的优化设计方法，首先确定压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数、刚度和强度部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计：（1）试验设计优化阶段；（2）优化值传递步骤；（3）梯度法优化阶段。本发明专利技术提供的压缩弹簧的优化设计方法，首先运用试验设计进行初步寻优，并将试验设计所得的初步优化解作为后续梯度法的初始值进一步深入优化，然后利用梯度法的高寻优速度最终取得全局优化解，在提高压缩弹簧优化效率的同时能够避免陷入局部解、提升优化精度。此方法优化速度快、精度高，在满足压缩弹簧的强度、刚度等约束条件的前提下进一步减小了质量，在实际使用中取得了良好的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于试验设计(Design of Experiments,简称DOE)和梯度法(Gradient Optimization,简称GO)的压缩弹簧优化设计方法,属于机械设计与自动化领域。
技术介绍
压缩弹簧广泛使用在一些机械中，如内燃机、压缩机等，因而弹簧性能的好坏直接影响到机器的工作性态(能源的充分利用、速度的提高以及大批生产的经济性)。压缩弹簧的优化设计目标是在满足其刚度、强度约束条件的同时尽量减小弹簧整体质量。弹簧的传统设计方法通常是根据最大工作载荷、所允许的变形和结构方面的要求等来确定弹簧丝的直径、弹簧中径、工作圈数等，这种方法需要进行多次反复运算，才能获得满足设计要求的可行方案，还不是最优方案。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于试验设计和梯度法的压缩弹簧优化设计方法，该方法运用试验设计进行初步寻优，并将试验设计所得的初步优化解作为后续梯度法的初始值进一步深入优化，利用梯度法的高寻优速度最终取得全局优化解，提高压缩弹簧的优化效率，并且能够避免陷入局部解、提升优化精度。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:，首先确定压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数、刚度和强度部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计:(1)试验设计优化阶段:运用试验设计在可行域中对压缩弹簧的设计变量进行初步寻优，获得一组初步优化解；(2)优化值传递步骤:从步骤(I)中获得的一组初步优化解中，选出令目标函数值最优的一个初步优化解，作为梯度法中各变量的初始值；(3)梯度法优化阶段:基于步骤(2)获得的初始值，首先采用梯度法对目标函数进行优化，并反复在初始值周围的局部区域寻找新的初始值进行迭代，并对改进后的目标函数继续进行优化，最后得到令目标函数最优的全局最优解。上述步骤(2)为本方法的一个关键步骤，其将试验设计和梯度法联系在一起，一方面解决了试验设计的精度受试验点数制约的问题，另一方面能够避免设计者由于初始值的选定所导致的梯度法陷入局部解的问题，在效率和精度方面都使得压缩弹簧的优化设计得到了改善。试验设计和梯度法均存在多种可选择算法，下面以拉丁超立方设计(试验设计)和序列二次规划法(梯度法)的组合从原理上对本专利技术的可行性进行验证。优化问题模型miny = f (x)s.t.Ci (x) =0 iEE={l，2，…，me}(I)Ci(X) >0 i G I = {me+l，…，m}试验设计优化阶段--拉丁超立方设计用已知的累积分布函数& 描述每一个输入变量Xi (i = 1,2,…，n)，并将第i个输入变量Xi的累积分布函数弋(巧的范围分为N个非搭接的区间Su (j=l，2，…，N)，每个区间由概率Pu表征:Pij=P (Xi G Sij)(2)并且:权利要求1.，其特征在于:首先确定压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数、刚度和强度部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计: (1)试验设计优化阶段:运用试验设计在可行域中对压缩弹簧的设计变量进行初步寻优，获得一组初步优化解； (2)优化值传递步骤:从步骤(I)中获得的一组初步优化解中，选出令目标函数最优的一个初步优化解，作为梯度法的初始值； (3)梯度法优化阶段:基于步骤(2)获得的初始值，首先采用梯度法对目标函数进行优化，并反复在初始值周围的局部区域寻找新的初始值进行迭代，并对改进后的目标函数继续进行优化，最后得到令目标函数最优的全局最优解。2.根据权利要求1所述的压缩弹簧的优化设计方法，其特征在于:所述压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数和约束条件如下:全文摘要本专利技术公开了，首先确定压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数、刚度和强度部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计(1)试验设计优化阶段；(2)优化值传递步骤；(3)梯度法优化阶段。本专利技术提供的压缩弹簧的优化设计方法，首先运用试验设计进行初步寻优，并将试验设计所得的初步优化解作为后续梯度法的初始值进一步深入优化，然后利用梯度法的高寻优速度最终取得全局优化解，在提高压缩弹簧优化效率的同时能够避免陷入局部解、提升优化精度。此方法优化速度快、精度高，在满足压缩弹簧的强度、刚度等约束条件的前提下进一步减小了质量，在实际使用中取得了良好的效果。文档编号G06F17/50GK103246757SQ201310014260公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日专利技术者殷旭, 纪爱敏, 张玉全 申请人:河海大学常州校区本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压缩弹簧的优化设计方法，其特征在于：首先确定压缩弹簧的设计变量、质量的目标函数、刚度和强度部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计：?（1）试验设计优化阶段：运用试验设计在可行域中对压缩弹簧的设计变量进行初步寻优，获得一组初步优化解；?（2）优化值传递步骤：从步骤（1）中获得的一组初步优化解中，选出令目标函数最优的一个初步优化解，作为梯度法的初始值；?（3）梯度法优化阶段：基于步骤（2）获得的初始值，首先采用梯度法对目标函数进行优化，并反复在初始值周围的局部区域寻找新的初始值进行迭代，并对改进后的目标函数继续进行优化，最后得到令目标函数最优的全局最优解。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：殷旭，纪爱敏，张玉全，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：
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