[发明专利]一种基于蚁群算法的汽车排气系统可靠性优化方法

说明书

本发明公开了一种基于蚁群算法的汽车排气系统可靠性优化方法，涉及汽车排气系统领域，包括以下步骤：采用有限元分析方法，对排气系统的整体进行静力学计算分析；对排气系统各部分结构零部件应力应变设备进行数据采集；对可靠性系统进行优化建模；在基本蚁群算法的基础上，通过对启发函数进行动态变更及城市搜索方式的改造，改进蚁群算法；根据优化计算得出的设计参数，对排气系统各部分结构再次进行有限元分析验证。通过从信息素和概率模型方面对经典蚁群算法进行改进和优化，通过对产品的设计实际情况设置参数，以提高其计算结果的优化，提高计算稳定性和收敛速度并利用智能的仿生学算法的收敛优越性，对产品的可靠性寿命进行预测和优化设计。

技术领域

本发明涉及汽车排气系统领域，具体涉及一种基于蚁群算法的汽车排气系统可靠性优化方法。

背景技术

对于蚁群优化算法是基于模拟蚂蚁群寻轨的自然现象，得出的一种模拟求解的组合优化算法，该算法具有正反馈，分布式计算，启发式搜索来解决离散系统的组合优化问题。在单目标优化问题上能取得较为良好的效果。

对于耐久性技术经过数十年的演变与发展，可靠耐久性分析、优化、仿真、验证已经形成了一套科学高效的理论。在工程中，广泛运用于飞机、汽车、轨道车辆等结构。结构耐久性的核心是产品无故障工作的能力，耐久性优化对于产品的设计具有重要的意义，结构耐久性的分析方法主要包括两个方面，一是产品研制阶段预测使用寿命，确保产品设计达到规定的寿命要求；二是在产品使用阶段评估产品的剩余寿命，以便于从产品经济或安全的角度提出产品更换、大修或报废等措施。

有限元分析技术，是指利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解整体的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。

有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

对于经典蚁群算法而言，其过分依赖信息素的“控制”而缺乏相应约束。其次，对于下一路径的判断，仅仅基于概率学基本参数的设定而不考虑进程的变化。故经典蚁群算法在搜索速度和收敛能力方面而有所欠缺，在实际应用过程中计算稳定性不良。

对于有限元分析技术而言，现有的有限元分析技术更多的是用于计算静态强度计算和应力分析。但在可靠耐久性分析中，有限元分析最大应力值的计算方法脱离的实际机械的运转和使用情况，计算时不考虑产品的实际使用周期，因而单纯的静态计算无法准确的反应产品在整个产品使用周期的受力情况，容易造成产品设计的“过量”。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明通过从“信息素”和“概率模型”两方面对经典蚁群算法进行改进和优化，通过对产品的设计实际情况设置参数，以提高其计算结果的优化，提高计算稳定性和收敛速度。同时通过对应力—应变受力实际载荷谱的采集、数学分析、模拟建模以及有限元的分析技术等多种技术相结合，利用智能的仿生学算法的收敛优越性，对产品的可靠性寿命进行预测和优化设计，即通过相关技术优化调节各个计算参数，以达到提高排气系统可靠耐久性的目的。

本发明具体采用以下技术方案：

一种基于蚁群算法的汽车排气系统可靠性优化方法，包括以下步骤：

S1：采用有限元分析方法，对排气系统的整体进行静力学计算分析，通过模拟仿真应力计算出结构在受力过程中，应力集中部位或应力最大值点，并提取相关技术参数；

S2：零部件应力—应变数据采集，对排气系统各部分结构零部件应力应变设备进行数据采集，建立时域信号频谱分析图，进行受力分解；