混合遗传算法在磁性液体密封齿形优化中的应用.pdf

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1、2010年9月润滑与密封Sep．2010第35卷第9期LUBRICATIONENGINEERINGV01．35No．9DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．09．022混合遗传算法在磁性液体密封齿形优化中的应用杨文明李德才张海丽(北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044)摘要：为使小生境遗传算法快速收敛，减少总的运算时间，在小生境遗传算法中融入局部贪婪性搜索过程，形成混合遗传算法。基于该算法，对磁性液体密封齿形进行优化设计。结果表明，混合遗传算法同样能够找到多组最优解，但与小生境遗传算法的计算过程相比，显著减小了进化代数，且总的运算时间减为原来的8

2、2％。关键词：混合遗传算法；小生境遗传算法；磁性液体密封；齿形优化；局部搜索中图分类号：TB42：TP30文献标识码：A文章编号：0254—0150(2010)9—091—4AHybridGeneticAlgorithmandItsApplicationinTeethShapeOptimizationinMagneticFluidSealYangWenmingLiDecaiZhangHaili(BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract：Thehybridgeneticalgorithmformedbytheimprove

3、mentofnichegeneticalgorithmusingthethoughtoflocalsearchalgorithmwasstudied，whichcanacceleratetheconvergenceofthealgorithmandreducethetotalcalculatingtime．Thisalgorithmwasusedtooptimizetheteethshapeinmagneticfluidsea1．Theresultshowsthatmuhi—groupoptimalsolu—tionisfound，theevolutionalgenerationsred

4、ucegreatlyandthetotalcalculationtimedecreaseto82％comparedwithnichegeneticalgorithm．Keywords：hybridgeneticalgorithm；nichegeneticalgorithm；magneticfluidseal；teethshapeoptimization；localsearch磁性液体密封是一种新型的零泄漏密封，它具有传算法，结合专业的磁场计算软件Ansys对密封齿形压力、真空和防尘等多种密封形式，并已经应用于进行过优化，这样虽然能够找到不止一个的全局最优化工、国防、制药和航空航天等多个领

5、域中。而现解，但收敛速度较慢，需要进化上百代才能得到满足在，这种密封的设计主要是在材料已经确定的基础要求的解，这在普通计算机上计算需要近17h。上，从经验总结的参数范围中选取设计参数。这样本文作者在小生境遗传算法的基础上，融人局部的设计往往能够满足使用要求，但选择的设计参数并贪婪性搜索过程，使进化过程尽快收敛，并结合An—非最优值，且容易造成材料的浪费。孙明礼等用sys软件计算磁场分布，在其他条件确定的情况下，Ansys软件自带的优化设计器对磁性液体密封齿形进找到使密封耐压达到最大的最优齿形设计。行了优化设计，这种方法能够找到较优解，且运算速1磁性液体密封齿形优化设计的数学模型度较快，但

6、由于其算法自身的局限性，很难保证找到全局最优解。—_==_‘遗传算法是一种适用性较强的全局优化算法，合适的遗传算法能够找到优化问题的所有最优解。。但在磁性液体密封齿形的优化中，由于复杂的边界条件导致对磁场分布的计算较为困难，与遗一lI么一传算法结合起来计算更为不易。作者曾应用小生境遗{)--‘一轴_一—基金项目：国家自然科学基金项目(50875017)．收稿日期：2010—04—08作者简介：杨文明(1985一)，男，博士研究生，主要研究方向图1磁性液体密封结构示意图为磁性液体的理论及应用．E-mail：06116260@bjtu．edu．cn．Fig1Typicalstructureo

7、fmagneticfluidseal润滑与密封第35卷(8)终止条件判断，若不满足终止条件，则将第(5)步排序中的前个个体作为下一代群体，然后转到第(3)步继续运算；否则输出结果。2．1适应度函数值的计算由于目标函数值I厂()总是非负，所以直接利用目标函数值作为个体适应度。适应度的计算步骤为：首先，Matlab主程序输出经选择、交叉和变异后的参数值，接着，启动Ansys软件，利用Ansys的APDL编程将参数读人，按读人的参数值建立