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性能驱动的转向架构架结构设计方法

机械设计与制造 2019年第3期 118-121,126页

作者：王立功王超邹益胜姜杰西南交通大学机械工程学院四川成都610031

传统的轨道车辆转向架构架结构设计方法采用基于实例的"经验设计-性能验证"的反复迭代设计模式,耗时长,难以获得同时满足多个互斥性能指标的最优解。提出一种性能驱动的构架结构设计方法,通过输入构架的多个性能指标,直接获得一组优化... 详细信息

传统的轨道车辆转向架构架结构设计方法采用基于实例的"经验设计-性能验证"的反复迭代设计模式,耗时长,难以获得同时满足多个互斥性能指标的最优解。提出一种性能驱动的构架结构设计方法,通过输入构架的多个性能指标,直接获得一组优化的构架结构设计参数,避免了对设计经验的过度依赖和反复迭代。首先基于专家知识获得构架结构的设计空间,采用拉丁超立方抽样方法生成设计样本,并利用有限元仿真数据构建构架性能指标计算的Kriging代理模型,再采用强度帕累托进化算法(SPEA2)建立构架性能指标-结构参数映射模型。然后基于该模型输入构架的性能指标集,便可获得多组可行的构架结构设计参数,再应用集合理论对可行解进行优选,即可获得一组满足所有性能指标要求的优化解。最后,以某型转向架构架为实例,验证了该方法的可行性。该方法为构架的结构设计提供了一种新的解决思路,也可推广应用于相关领域产品的结构设计。

关键词：性能驱动结构设计方法强度帕累托进化算法(SPEA2) Kriging代理模型转向架构架

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性能驱动的转向架构架结构设计

性能驱动的转向架构架结构设计

作者：王立功西南交通大学

学位级别：硕士

构架是铁道车辆的重要承载部件,构架结构设计的优劣直接影响铁道车辆的运行品质。传统的铁道车辆转向架构架结构设计方法往往采用基于实例的"经验设计-性能验证-设计修改"的反复迭代设计模式,耗时长,难以获得同时满足多个互斥性能指标... 详细信息

构架是铁道车辆的重要承载部件,构架结构设计的优劣直接影响铁道车辆的运行品质。传统的铁道车辆转向架构架结构设计方法往往采用基于实例的"经验设计-性能验证-设计修改"的反复迭代设计模式,耗时长,难以获得同时满足多个互斥性能指标的最优解。针对传统构架设计中存在的不足,论文开展了性能驱动的转向架构架结构设计方法及实例研究。论文的主要工作及取得的成果如下:(1)分析转向架构架的结构特点,提炼了构架设计参数集、性能指标体系及其评价方法,并总结了构架仿真评价中有限元建模的关键问题。(2)提出一种性能驱动的转向架构架结构设计方法,制定了性能驱动的转向架构架结构设计流程。通过输入构架的多个性能指标,直接获得一组优化的构架结构设计参数,避免了传统构架设计对于设计经验的过度依赖和反复迭代,提高构架设计效率与质量。(3)突破了性能驱动构架结构设计的关键实现技术,构建了构架多目标性能代理模型和构架性能-参数映射模型,解决了构架多目标性能对设计参数集实现直接驱动的技术问题。并应用集合理论选择出满足要求的最优结构参数集,解决了主观因素对选择结果带来的不确定性问题。(4)以某型转向架构架为实例,进行性能驱动的构架结构设计。通过仿真评价,验证了性能驱动的构架结构设计方法的可行性。该方法为构架的结构设计提供一种新的解决思路,也可推广应用于相关领域产品的结构设计。

关键词：性能驱动结构设计强度帕累托进化算法(SPEA2) Kriging代理模型转向架构架性能-参数映射模型

性能驱动的公共建筑空间形体绿色化设计策略探索及实践

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当代建筑 2021年第10期 31-34页

作者：林波荣贺秋时张德银清华大学建筑学院清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室

大力发展高质量、高效率、高品质的绿色建筑,是落实“双碳”目标、满足百姓健康舒适需求和推进建筑业高质量发展的关键。本文瞄准建筑设计方法创新需求,力图突破传统建筑设计与环境营造策略分离的问题,跳出先设计、后性能优化的流程,从... 详细信息

大力发展高质量、高效率、高品质的绿色建筑,是落实“双碳”目标、满足百姓健康舒适需求和推进建筑业高质量发展的关键。本文瞄准建筑设计方法创新需求,力图突破传统建筑设计与环境营造策略分离的问题,跳出先设计、后性能优化的流程,从人的行为模式和室内活动需求出发,围绕“部分空间、部分时间”环境营造理念,开展基于“部分空间、部分时间”理念下的性能驱动的公共建筑形体自动生成设计策略和智能优化方法研究,基于案例分析,介绍如何实现“空间—技术—形态”三位一体,环境调控、智能设计与技术场景的交互融合创新路径,并进行工程实践。

关键词：性能驱动绿色化设计空间形体

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建筑自适应表皮形态性能驱动设计研究

建筑自适应表皮形态性能驱动设计研究

作者：王加彪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在大力提倡绿色建筑的行业背景与人工智能蓬勃发展的时代背景下,建筑表皮形态正由传统、静态、高能耗模式向未来、自适应、低能耗方向转变。自适应表皮与传统静态表皮相比具有“时空四维特性”,设计过程需考虑自适应表皮随时间变化造成... 详细信息

在大力提倡绿色建筑的行业背景与人工智能蓬勃发展的时代背景下,建筑表皮形态正由传统、静态、高能耗模式向未来、自适应、低能耗方向转变。自适应表皮与传统静态表皮相比具有“时空四维特性”,设计过程需考虑自适应表皮随时间变化造成的性能目标时序性。因此较静态表皮而言需更多的指标表征相关性能,导致设计参数和性能目标数量增加。这种高维多目标优化设计任务,对设计师的多学科交叉知识体系的掌握、多目标优化设计方法和工具的应用以及高维解集的决策均提出了更高的要求。传统以性能模拟结果为导向的建筑表皮多目标优化设计方法存在费时长、效率低等问题,很难解决性能驱动建筑自适应表皮形态设计的大空间、高维求解难题。此外既有建筑表皮设计工具及建筑性能模拟工具是基于静态建筑立面所研发,均未考虑自适应表皮的时空四维特性。且设计阶段缺乏体系化的自适应表皮形态设计流程支持,缺乏易上手的设计工具支持,缺乏高效的高维解集决策支持。为了解决上述问题,本文首先梳理了国内外相关研究,并总结了既有建筑自适应表皮形态设计研究瓶颈以及面向自适应表皮形态设计的突破方向。梳理并举例阐述建筑自适应表皮形态设计相关理论基础,研究制定了基于性能驱动的建筑自适应表皮形态设计流程,解决了建筑自适应表皮形态设计时序性带来的高维求解与决策难的问题。构建了建筑自适应表皮形态性能驱动设计平台,为该设计方法提供系统的工具支撑,促进本方法在自适应表皮形态设计阶段的应用。最后本文应用提出的设计方法和设计平台,以哈尔滨某异形办公建筑为依托展开实践验证,优化了照度过量面积百分比平均数(Ave-OAP)、照度不足面积百分比平均数(Ave-PAP)、照度过量面积百分比标准差(Std Dev-OAP)、照度不足面积百分比标准差(Std Dev-PAP)、日光眩光概率平均数(Ave-DGP)、日光眩光概率标准差(Std Dev-DGP)以及表皮累计形变量(CM)等性能目标,并通过三步降维决策选择了最终自适应表皮形态方案。实践结果证明,本研究提出的建筑自适应表皮形态性能驱动设计方法规范建筑自适应表皮形态设计流程,提高表皮形态设计的逻辑性和科学性。同时通过该方法设计的建筑自适应表皮能提升建筑室内有效照度水平等多项建筑性能。此外本研究开发的建筑自适应表皮形态性能驱动设计平台,能助力本方法的应用和推广,对建筑表皮朝向智能化、生态化发展有着重要意义。

关键词：性能驱动自适应表皮形态设计三步降维决策法设计方法

性能驱动的袋式除尘器设计优化协同方法及应用技术

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性能驱动的袋式除尘器设计优化协同方法及应用技术

作者：张松河北工业大学

学位级别：硕士

产品设计的最终目的是为了满足用户的要求。随着科技的进步,用户对产品的性能提出了各种个性化的要求,这不但使得产品多学科知识协同设计优化成为必然,而且为了满足这些个性化的要求,产品的设计优化过程也不尽相同。因此,用户对产品性... 详细信息

产品设计的最终目的是为了满足用户的要求。随着科技的进步,用户对产品的性能提出了各种个性化的要求,这不但使得产品多学科知识协同设计优化成为必然,而且为了满足这些个性化的要求,产品的设计优化过程也不尽相同。因此,用户对产品性能的要求不但是设计的起点和终点,还是设计的主线贯穿整个产品设计优化过程。如何将用户对产品的性能要求进行知识转化,如何综合利用多学科的性能知识驱动整个产品的设计优化过程对于提高产品设计质量具有重要意义。本文通过研究性能驱动产品设计理论及多学科优化理论（MDO）,分析了多种MDO过程,在此基础上,将二者相结合,给出了性能驱动的MDO方法的工作原理及工作流程。采用知识处理技术对性能知识的处理,将用户对性能的要求映射成设计知识、产品设计方案以及设计优化过程控制策略,以此来实现性能驱动整个产品的设计优化过程。本文通过研究性能驱动的产品设计理论及多学科优化理论,分析了多种MDO过程,在此基础上,将二者相结合,给出了性能驱动的MDO方法的工作原理及工作流程。采用知识处理的方法对性能知识进行转化,将用户对性能的要求知识映射成设计知识、产品设计方案以及设计优化过程控制策略,以此来实现性能驱动整个产品的设计优化过程。本文采用VC,ANSYSWorkBench和ISIGHT等工具平台集成了ANSYS、FLUENT、CFX等学科分析工具软件,组建了用于袋式除尘器设计优化的性能驱动的MDO软件平台。最后,以袋式除尘器的花板部件的设计优化为例验证了性能驱动的MDO方法的可行性及性能驱动的MDO软件平台的可操作性。

关键词：性能驱动 MDO 知识处理协同设计优化

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性能驱动绿色建筑优化设计研究

住宅科技 2016年第10期36卷 41-46页

作者：程光宋德萱同济大学建筑与城市规划学院

通过对建筑基本属性的抽象化描述,将绿色建筑的形态和性能要求所涉及的诸多问题转化为相应的参数模型问题,并利用模拟仿真/优化技术,实现绿色建筑的多变量、多目标复杂问题的求解过程。

关键词：数字化建筑基本属性性能驱动绿色建筑集成优化

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基于性能驱动的校园食堂建筑被动式节能设计

郑州大学学报（工学版） 2017年第3期38卷 92-96页

作者：张建涛周丽华郑州大学建筑学院河南郑州450001

以校园食堂建筑为研究对象,从建筑环境性能驱动设计角度,结合地区气候条件对校园食堂建筑的被动式节能设计进行分析研究.在建筑设计阶段,从环境整合、空间组织、界面设计、模拟优化四个层面,构建校园食堂建筑被动式节能设计原则和方法.... 详细信息

以校园食堂建筑为研究对象,从建筑环境性能驱动设计角度,结合地区气候条件对校园食堂建筑的被动式节能设计进行分析研究.在建筑设计阶段,从环境整合、空间组织、界面设计、模拟优化四个层面,构建校园食堂建筑被动式节能设计原则和方法.结合案例归纳出郑州地区被动式节能设计原则和校园食堂建筑被动式节能设计策略.

关键词：校园食堂建筑被动式节能设计性能驱动

基于性能驱动的气候适应性城市开放空间优化设计——以夏热冬冷地区为例

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基于性能驱动的气候适应性城市开放空间优化设计——以夏热冬冷地...

作者：吴奕帆东南大学

学位级别：硕士

20世纪以来,随着全球性城市化进程的不断推进,城市业已成为人类生存与发展的重要外部环境。在此过程中,环境恶化、能源紧缺和气候变暖等生态环境问题也逐渐显露出来,人、城市与自然的矛盾日益尖锐。在此背景下,可持续发展理念及相应的... 详细信息

20世纪以来,随着全球性城市化进程的不断推进,城市业已成为人类生存与发展的重要外部环境。在此过程中,环境恶化、能源紧缺和气候变暖等生态环境问题也逐渐显露出来,人、城市与自然的矛盾日益尖锐。在此背景下,可持续发展理念及相应的绿色城市设计理论开始成为城市设计领域广泛关注的前沿课题。气候适应性城市设计是绿色城市设计领域的重要研究内容,有助于创造良好的微气候环境,节约资源,减少能耗,一定程度上缓减城市与自然的矛盾与对立,为人类营造一个诗意栖居的生活环境。针对气候适应性城市设计策略展开理论探索与研究具有积极的理论意义和应用价值。目前,国内外相关气候适应性城市设计的研究主要集中在宏观尺度(如城市热岛、城市风廊等)与微观尺度(如单一街道、建筑单体等)层面,将中尺度的城市街区作为研究对象的相关探讨还不足,特别是在与日益成为主流的性能驱动设计相结合的研究成果和实践案例尚不多见。基于此,论文以夏季和冬季室外舒适度均较为严峻的夏热冬冷地区的作为研究地区。首先针对地区气候特征进行介绍,并根据气候适应性设计原理归纳总结了该地区基本的城市设计策略。论文以城市开放空间作为研究的切入点,梳理了开放空间形态对微气候影响的基础理论,进一步凝练出与微气候相关的宏观、中观和微观层面的开放空间形态因子,为之后的研究展开理论铺垫。在技术手段上,论文引入目前参数化设计前沿领域中的性能模拟优化技术,该方法以性能为导向,使设计与评价一体化进行,通过计算机自动优化开放空间对环境响应的过程,以探究其对微气候的影响机制。在剖析了各软件平台的优劣势及技术特点后,论文将Rhino Grasshopper作为参数化建模手段及各软件集成平台,选取其插件Ladybug系列进行性能模拟,并对该款目前较为先进的分析软件进行了详细介绍。论文使用Grasshopper自带的Galapagos遗传算法作为优化手段,同时为基于气候适应性的开放空间优化设计制定了流程框架。基于上述技术策略,研究以南京为例,设置了250mx250m的街区作为实验对象,设定了冬夏两季、两种基础气候条件和优化方式,总计6组开放空间设计评价一体的优化实验,均取得了较顺利的结果。通过对各实验中开放空间优化过程、演变趋势及最优解进行解析,揭示了城市开放空间垂直布局、水平布局及其各形态因子对微气候的影响机制,并利用多元线性回归的分析方法得到各因子对微气候影响的量化数值。论文比对了不同季节及气候条件下影响的异同,总结出适应夏热冬冷地区的开放空间设计策略,并将其抽象形成一套基本模式语言。通过对建筑组合、街区和整体规划三个层级的案例验证,初步证实了其通用性和可靠性。同时,该研究也为气候适应性城市设计提供了一整套全新实用的方案生成方法和优化策略,总结其优势和局限性,并对未来发展做出了进一步展望。

关键词：气候适应性城市设计开放空间性能驱动优化设计夏热冬冷地区

基于微气候性能驱动的寒地城市形态自动优化方法研究

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基于微气候性能驱动的寒地城市形态自动优化方法研究

作者：刘宇鹏东南大学

学位级别：硕士

在快速城镇化进程中,大量自然状态的下垫面被改造成为人工建成环境,城市为人们带来便捷舒适生活的同时也极大地改变了原有的自然气候条件,加重了生态环境的负担。城市规划、设计作为最直接参与城市环境形态塑造的学科,从专业角度出发合... 详细信息

在快速城镇化进程中,大量自然状态的下垫面被改造成为人工建成环境,城市为人们带来便捷舒适生活的同时也极大地改变了原有的自然气候条件,加重了生态环境的负担。城市规划、设计作为最直接参与城市环境形态塑造的学科,从专业角度出发合理设置城市规划指标,布局城市形态是改善城市微气候环境,提升城市环境效能的重要一环。论文从城市设计视角出发,建立了一整套微气候性能驱动的城市形态评价与优化的理论体系和软件平台。通过软件寻优得出寒地城市微气候最优的城市形态组合,利用记录数据量化分析微气候与城市形态关联性,并根据优化结果给出寒地城市冬季城市布局的改善策略。首先,通过研究城市微气候的影响机制,明晰城市微气候的形成衍化机理以及建成环境对城市微气候的作用方式。在此基础上,从已有研究成果中提取论文研究中可能用到的微气候与形态监测（预测）指标,用以表征它们在实验中的各自变化方式;建立与寒地城市热环境和风环境相适应的评价体系,将城市微气候性能转换为能够量化评价的人体室外舒适度指标——通用热气候指数（UTCI）,在城市形态与微气候性能之间建立直接关联,为自动寻优提供可能。其次,根据采样研究提取城市形态原型并构建微气候性能驱动的城市形态寻优软件平台。论文通过对具体气候条件下典型城市街区的研究分析,凝练出适应气候区建筑特征的“城市形态原型”作为组成整体街区的标准单元;借助Grasshopper参数化平台,将城市形态生成、微气候性能模拟与自动寻优三个模块整合在一起,以人体室外舒适度（UTCI）为优化目标,运用遗传算法进行自动寻优。最后,根据实验结果分析优化机制并提出寒地城市形态布局策略。通过对优化形成的形态结果和过程数据进行研究,分析得出影响城市微气候性能的主导因素及作用机理,并利用统计分析得出影响微气候的各形体要素之间的耦合关系。最后通过对实验成果汇总,系统提出寒地城市冬季形态布局策略。

关键词：微气候性能驱动自动优化关联分析遗传算法 Ladybug Butterfly