一种基于斑马优化算法的连接器端子优化设计方法与流程

本发明属于弹性元件产品设计，具体为一种基于斑马优化算法的连接器端子优化设计方法。

背景技术：

1、连接器端子结构设计是连接器端子的优化设计中的关键部分，主要用于确保连接器端子具有足够的机械性能和力学性能，给元件提供可靠的连接。连接器端子的设计过程包括以下内容：首先需要选择连接器端子和母端塑胶外壳的材料，行业标准中是根据端子材料确定端子的厚度，同时不同的塑胶外壳材料(由工程中对材料的阻燃性、抗拉强度等参数的需求确定)会对于端子保持力大小产生不同的影响系数。接着，需要根据端子保持力计算公式，设计出满足端子保持力需求值的尺寸参数和材料属性的参数组合。但由于端子保持力计算公式中，涉及到连接器端子和母端塑胶外壳两个对象的材料和尺寸参数，即端子保持力大小的计算要同时考虑端子的材料、厚度、倒刺边数、倒刺的长度与宽度以及塑胶外壳的材料、通槽宽度等参数，并且参数之间存在依赖关系，不同的参数选择会使计算公式中的系数产生不同的结果。故满足端子保持力需求值的连接器端子存在多种不同的参数组合，且计算量大，需要设计者通过大量不同参数组合的计算和仿真才能确定一组合格的参数。最后，根据初步设计出的一组或多组合格参数，结合生产成本进行参数调整和改进，得到满足端子保持力需求值的一组参数作为连接器端子设计的最终参数。

2、现有的连接器端子设计过程，首先设计者需要理解连接器端子的应用场景、电气要求、环境条件、成本约束以及其他设计目标。接着，设计者选择一组或多组用于制造连接器端子和塑胶外壳的材料。通常，端子材料是导电性良好的金属，如铜、铝或合金，以确保能提供良好的导电性能、机械性能和力学性能，同时根据工程中对材料的阻燃性、抗拉强度等参数的需求确定塑胶外壳的材料。在确定完材料后，再使用端子保持力计算公式，将预设或者常用的端子和塑胶外壳的相关尺寸和材料参数组合进行带入计算和建模仿真，得到各个参数组合下的端子保持力。最后根据计算和仿真得到的端子保持力和需求值间的差距，设计者需要不断手动调整设计的材料和尺寸参数的值，并重复上述计算和仿真分析，以不断逼近以达到所需的端子保持力大小。最终，通过反复的手动调整，设计者最终确定连接器端子的设计参数，以满足目标要求。

3、现有技术存在以下问题：连接器端子的设计过于依赖设计人员的经验，因此在设计过程中需要多次的实验和反复的参数调整，这样需要消耗大量的计算时间和计算资源。通过上述方法寻找到的一组参数组合的质量可能不高，即尺寸参数和材料性能过剩导致成本过高，或者在加工过程中难以加工实现。同时连接器端子的设计又是一个多参数的优化问题，现有的经验法设计的参数一般会陷入具备最优解，限制了连接器的性能和制造成本的最优化，导致企业设计和生产效益的低下。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于斑马优化算法的连接器端子优化设计方法，以解决背景技术中提出的现有技术中，连接器端子的设计过于依赖设计人员的经验，因此在设计过程中需要多次的实验和反复的参数调整，这样需要消耗大量的计算时间和计算资源的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于斑马优化算法的连接器端子优化设计方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，向斑马优化算法输入优化目标公式；优化目标公式为端子保持力计算式，端子保持力计算式具体为：

5、fretention＝α×(l1×t1×dh1+l2×t2×dh2)×s+β×(h1×t1×d1+h2×t2×d2)×s，

6、其中，fretention表示端子的保持力；α表示塑胶外壳材料在水平方向上对于端子保持力大小的影响系数；l1表示端子第一个倒刺的长度；t1表示端子第一个倒刺的厚度；dh1表示第一个倒刺紧配合系数；l2表示端子第二个倒刺的长度；t2表示第二个倒刺的厚度；dh2表示第二个倒刺紧配合系数；s表示倒刺边数；h1表示端子第一个倒刺与塑胶外壳的干涉深度；h2表示第二个倒刺与塑胶外壳的干涉深度；d1表示第一个倒刺距离系数；d2表示第二个倒刺距离系数；β表示塑胶外壳材料在垂直方向上对于端子保持力大小的影响系数；

7、步骤s2，输入端子需要优化参数的参数范围以及保持力要求；

8、保持力要求是在当前工程应用场景中，端子在固定之后保持固定状态需要的力被称为保持力，而在不同的场景中端子固定所需要的保持力是不同的，保持力要求的具体值可以根据工程实际需要确定的。

9、步骤s3，输入斑马优化算法的终止条件；

10、步骤s4，斑马种群初始化；初始化一个斑马种群，其中，斑马种群中的每个个体代表一组连接器端子的设计参数，随机生成初始解，并使得初始解的参数位于步骤s2中定义的参数范围内；

11、设计参数包括塑胶外壳材料在水平方向上对于端子保持力大小的影响系数α、塑胶外壳材料在垂直方向上对于端子保持力大小的影响系数β、第一个倒刺的厚度t1、第二个倒刺的厚度t2、端子第一个倒刺的长度l1、端子第二个倒刺的长度l2、端子第一个倒刺的宽度w1、端子第二个倒刺的宽度w2、端子倒刺边数s、第二个倒刺到端子与塑胶外壳接触的末端的距离me、端子第一个倒刺与第二个倒刺间隔的距离a；

12、其中α、β是由塑胶外壳材料决定的，因此α、β值的选取本质上是塑胶外壳材料的选取。同时注意上述fretention计算公式中的h1、h2、dh1、dh2、d1、d2的值是不能直接获得的，而是通过上述设计参数计算得到，例如h1、h2是由w1、w2、s的值确定，dh1、dh2是由h1、h2的值确定，d1由a的值确定，d2由me的值确定；

13、步骤s5，计算种群中每个个体的适应度函数值，动态划分种群；适应度函数值计算具体为：

14、f(x)＝w1×(f(x)-f0)-w2×g(x)

15、其中，f(x)中的自变量x包括连接器端子的设计参数α、β、t1、t2、l1、l2、w1、w2、s、me、a；f(x)是根据该自变量x中的连接器端子的多个设计参数通过fretention计算公式计算得到的保持力大小，f0是期望的保持力需求值，g(x)是根据该自变量x中包含的连接器端子的多个设计参数计算得到的材料和制造成本大小，w1为保持力计算值与需求值之间差异度的权重系数，w2为材料和制造成本大小的权重系数；

16、步骤s6，根据划分的种群选择先锋马并更新先锋马的位置；

17、步骤s7，在斑马优化算法中随机生成一个0-1的随机数ps；

18、步骤s8，判断生成的ps值是否小于0.5，如果小于，则斑马逃跑，如果不是，则斑马攻击；

19、步骤s9，对斑马种群进行遍历，直至完成整个斑马种群的斑马位置更新；

20、步骤s10，判断当前斑马种群是否完成种群迭代；如果完成，则输出解，如果未完成，则返回步骤s6，继续迭代；

21、步骤s11，保存满足条件的解；满足条件的解具体为：保存记录每一代的适应度函数值小于阈值的个体，即通过连接器端子保持力的公式计算出的保持力与预期的端子保持力需求值之间的误差小于一定阈值的所有优化参数组合；

22、步骤s12，判断斑马优化算法是否达到设置的终止条件，如果达到，则结束，如果不是，则返回步骤s5，继续计算。

23、根据上述技术方案，步骤s3中，终止条件具体为：当有一定数量的组的适应度函数值小于设置的阈值后，即终止算法。

24、根据上述技术方案，步骤s4中，初始解具体为：一个初始解就是一组连接器端子的设计参数，且该组设计参数计算出的保持力大于预期的端子保持力需求值。

25、根据上述技术方案，h1通过下式进行计算得到：

26、

27、式中，w1表示端子第一个倒刺的宽度，m1表示母端塑胶外壳的通槽的宽度。

28、根据上述技术方案，h2通过下式进行计算得到：

29、

30、式中，w2表示端子第二个倒刺的宽度，m1表示母端塑胶外壳的通槽的宽度。

31、根据上述技术方案，dh1通过下式进行计算得到：

32、

33、式中，h1表示端子第一个倒刺与塑胶外壳的干涉深度。

34、根据上述技术方案，dh2通过下式进行计算得到：

35、

36、式中，h2表示第二个倒刺与塑胶外壳的干涉深度。

37、根据上述技术方案，d1通过下式进行计算得到：

38、

39、式中，a表示端子第一个倒刺与第二个倒刺间隔的距离。

40、根据上述技术方案，d2通过下式进行计算得到：

41、

42、式中，me表示第二个倒刺到端子与塑胶外壳接触的末端的距离。

43、根据上述技术方案，步骤s5中，种群划分具体为：

44、

45、其中，n表示先锋马的数量，n表示整个种群中的所有斑马个体数量。

46、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

47、通过本发明的方法，具有高效的优化设计：通过应用改进的斑马优化算法，本发明实现了高效的连接器端子材料选择和尺寸参数的优化设计。算法能够迅速探索设计空间，找到满足保持力需求的最佳参数组合，从而提高了设计的效率。全局搜索和局部搜索：该方法结合了全局搜索和局部搜索策略，通过动态划分种群，算法能够在早期更广泛地搜索解空间，然后在后期进行局部优化，以找到更精确的解。多次迭代优化：通过多次种群迭代，该方法能够逐步逼近或满足保持力的目标，不断改进连接器端子的设计。这有助于实现更好的性能和可靠性。