基于主效应分析的变矩器叶片角变量空间优化

液力变矩器叶片设计变量空间大,轮系间强流固耦合,使得优化解析时间冗长,难以实现基于变矩器叶片角变量空间的工程设计.为此,以双涡轮液力变矩器为研究对象,实现了基于液力变矩器叶片角主效应分析的设计变量空间优化.在通过台架实验数据确认变矩器流固耦合仿真结果正确的基础上,以其轮系8个叶片角为设计变量空间,采用最优拉丁超立方设计仿真试验,实现双涡轮液力变矩器性能仿真;以提高变矩器综合性能(效率、变矩比及启动力矩)为目的,以双涡轮液力变矩器性能与设计变量空间的主效应图为基础,构造其响应面函数并优化,获得8个叶片角对变矩器性能的影响水平.优化结果表明:以低速比区最高效率为主要评价指标,泵轮入口角、第1涡轮出口角、导轮入口角、导轮出口角4个叶片角变量对变矩器性能的影响显著,其他叶片角影响较小或基本无影响.文中提出的方法对于同类产品的定制化及其快速化工程设计具有参考价值.     

采用代理模型的液力变矩器性能优化设计

为解决液力变矩器性能与叶片形态变量间的复杂映射问题,提高设计效率与精度,提出了采用代理模型取代三维流体计算方法,并结合寻优算法对液力变矩器的性能进行优化设计的方案。首先,在标定基于CFD仿真的液力变矩器性能响应结果前提下,利用正交设计方法,获得液力变矩器性能的大自由度仿真试验数据;然后,分别设计响应面以及神经网络2种代理模型,获取变矩器叶片角变量与其性能的映射关系,比较分析其建模效率和精度;最后,以某型号双涡轮液力变矩器启动变矩比及低速比区最高效率最大化为设计目标,分别通过2种代理模型应用NSGA-Ⅱ算法获取优化方案。仿真结果表明:在同一试验数据下,响应面模型的建模效率较高,神经网络模型的变量设计空间外延性较好;采用神经网络模型优化得到的液力变矩器模型与依照出厂参数设计的液力变矩器模型相比,其启动变矩比及低速比区最高效率分别提高了14.27%和10.24%,与采用响应面模型优化得到的液力变矩器模型相比分别提高了4.36%和1.53%。     

冲压叶片厚度对液力变矩器性能的影响

以某型冲焊型液力变矩器为基础,对叶片厚度设计了全因素试验,结合流场数值模拟分析不同叶片厚度对变矩器外特性的主效应影响和交互效应影响.结果表明主效应影响随着叶片厚度的增加而使变矩器能容下降,而叶片厚度的交互效应影响并不明显.进一步分析叶片厚度对于性能影响的数值变化,结果表明叶片厚度的增加导致了液力变矩器传递转矩的下降,并且这种下降程度是由慢到快的.根据性能的影响研究对冲压叶片厚度进行优化,结合实际工程板材厚度确定叶片厚度并进行试验验证.与泵轮转矩随叶片厚度的变化规律类似,涡轮转矩随叶片厚度的增加而下降,尤其是在变矩器低速比区域下降幅度较大.叶片厚度在3 mm之内时,每增大0.5 mm厚度,涡轮转矩值下降幅度在0.5%;当叶片厚度超过3 mm时,涡轮转矩变化加快,每增加0.5 mm,泵轮转矩最大变化约为3.8%.      

基于多目标优化的液力变矩器叶形角度设计

为解决液力变矩器性能优化过程中单一目标优化不能满足实际需求的问题,首先利用一维束流理论对该型号液力变矩器进行特性计算,计算结果与试验结果较为一致.在此基础上,以最高效率、起动变矩比和最大泵轮扭矩系数为目标建立多目标优化模型.利用Matlab与ISIGHT的集成优化,组成以一维束流计算程序为核心的解算器,以叶片入出口角为优化参数,采用变导轮和定导轮两种优化方案,并利用基于存档的小种群遗传算法(AMGA)对该液力变矩器的性能进行优化,获取多目标优化下的非劣解.结果表明:优化后的液力变矩器性能比原型有所提高,同时也可以满足不同应用条件下车辆液力变矩器的性能要求,验证了这种方法的有效性.     

基于响应面的液力变矩器叶片优化设计

针对现有变矩器性能分析方法的不足,在液力变矩器三维流场数值模拟的基础上,采用响应面法对叶片进行优化.首先根据变矩器流场模拟结果,并考虑机械损失的影响,计算变矩器效率、变矩比等输出特性;然后以最高效率为优化目标、起动变矩比为约束条件、二阶多项式为响应面函数,采用正交试验法设计试验样本,建立叶片优化模型并进行优化计算.计算...     

冲焊型液力变矩器叶片回弹规律及抑制技术

冲压焊接型液力变矩器由于便于量产而被广泛应用于汽车,其是自动变速箱的核心部件. 液力变矩器性能直接由叶片形状决定,由于叶片在冲压过程中存在回弹变形,因此针对叶片冲压回弹规律及其对性能的影响开展研究. 首先利用有限元方法对冲压过程及回弹变形进行仿真,并采用流场数值模拟研究了不同回弹程度对变矩器外特性的影响规律,然后通过在叶片中间流线处开设拉延筋抑制叶片冲压起皱和回弹现象,最后制造叶片样件验证回弹抑制有效性,并通过液力变矩器样机试验验证流场数值模型计算精度. 研究结果表明涡轮出口回弹对变矩器性能影响显著,最高效率和起动泵轮能容分别增大了0.067%、8.18%,起动变矩比减小了1.41%. 样机实验验证表明冲压回弹仿真模型与计算流体动力学模型准确度高,其计算结果与实际结果吻合度较好,拉延筋结构可以较好的抑制叶片最大回弹偏差并改善回弹分布.      

基于叶片角变化规律的液力变矩器改型设计法

研究了三维设计环境下液力变矩器叶栅系统改型设计方法,提出以叶片角变化规律为基础对原型叶片进行改型设计.首先,通过初始化图形交换规范(IGES)与三维软件交换叶栅系统的三维信息;然后,利用De Boor算法的开花计算叶片上各点处的叶片角,将反映叶片角沿叶片内外环设计基线变化的曲线拟合成非均匀有理B样条(NURBS),通过调整NURBS曲线的控制点以及各控制点权重值,实现叶片角变化规律的调整;确定了新的叶片角变化规律后,叶片的空间形状即可确定,从而可以生成新的叶栅系统模型;最后,对新生成的叶栅系统进行性能预测,得到满意的结果后即可进入后续详细设计阶段.利用该方法构建了液力变矩器改型平台,使用该平台分别以提高变矩性能和提高效率为目标对某款液力变矩器进行改型研究,结果表明所提出的方法行之有效,有助于提高改型设计的效率.     

基于三维流场计算的变矩器改型设计

为获得满足使用要求的变矩器性能,利用CFD软件对液力变矩器内流场进行了三维流场数值计算和分析,在此基础上,对原有变矩器作改型设计,以期得到分布合理的内流场,从而使改型后的变矩器具有更优的外特性．数值仿真表明,变矩器原型涡轮流道内存在的局部高压区和逆压区在改型后被消除,流场分布更合理．外特性试验结果显示,改型后的变矩器性能大大提高,完全满足设计要求,改型设计效果良好．     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

采用装载机整机实验的液力变矩器性能匹配指标

针对液力变矩器的设计、选配过程与整机循环工况载荷的非关联性问题,提出了采用面向整机循环作业工况的液力变矩器性能匹配指标评估液力变矩器部件与整机系统匹配效果的方法。相较于传统液力变矩器静态台架实验,该方法是通过基于整机功率流原理下的液力变矩器的性能实验,在统计整机典型工况下液力变矩器特性参数分布的基础上,将关联整机载荷的速比分布合理有效地应用于液力变矩器与整机的性能匹配指标中。实例应用结果表明,该性能匹配指标能体现整机载荷分布的侧重性,可用于针对具体机型的载荷特点定制化设计和选配液力变矩器。     

混流泵叶片优化及基于状态方程模型的空化研究

在保证效率和扬程的前提下,为了最大限度地提高混流泵空化性能,利用基于正压流体状态方程的空化模型,开展了混流泵空化性能研究.发现原来采用速度系数法设计的5叶片混流泵叶片结构并不合理,泵叶轮设计工况下的临界空化余量较高.针对这一问题,增加混流泵的叶片数目为7片,并以效率和扬程作为目标函数,对7叶片混流泵叶片进口边形状、叶片前缘厚度以及叶片厚度变化规律进行了优化设计.混流泵优化前后3种不同叶片结构方案的空化性能对比分析结果表明:混流泵叶片进口边适当向进口方向延伸,叶片进口边前缘减薄,以及改变叶片厚度的变化规律,将使混流泵的临界空化余量大大降低.优化设计后的混流泵效率为90.857%,扬程为163.86m,优化后的临界空化余量为28.64m,相比优化前降低了45%,有效地改善了混流泵在设计工况下的空化性能,为今后该类高温高压混流泵的设计和优化提供了方向.     

基于单流道瞬态仿真的旋转流体机械伪集总叶片法研究

针对旋转流体机械的全流道模型仿真方法成本高,且网格质量难以保证的问题,提出了一种基于单流道瞬态仿真模型的伪集总叶片法来计算叶轮转矩和分析变矩器的叶轮交互效应及其内部流场特性.建立了D400型液力变矩器的三维瞬态单流道仿真模型,提出基于PLSM来计算叶片和叶轮的时域转矩,并以此进一步分析变矩器的叶轮交互效应及其对液力变矩器性能的影响.研究结果表明:该方法得到的泵轮,涡轮和导轮的转矩结果与实验结果最大误差不超过11.1%,原始特性的误差小于4.37%,性能特性与理论及实验结果一致;该方法有效可靠,可在保持精度的同时降低计算成本.      

液力变矩器工作轮叶片的计算机辅助设计

本文主要提出了以双纽线形式绘制平面叶型,描述了双纽线的特性、叶片展开图的绘制过程及叶片加厚、内外环流线叶片骨线倾角确定方法。并以FB323型液力变矩器为示例,编制了工作轮叶片设计计算程序和绘图程序,用电子计算机绘出了液力变矩器循环圆形状,内外环流线及中间流线展开图以及正投影图,初步实现了叶片设计方法的系统化、规范化和电算化。     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.     

基于鱼体结构的仿生型液力变矩器叶片环量分配规律

提出了一种基于鱼体结构的液力变矩器叶片环量分配规律.该方法利用逆向工程方法提取了鱼类体型的元素,提出了液力变矩器各叶轮叶片的仿生多项式环量分配方案,设计出了类鱼体的仿生叶片.通过采用Smagorinsky亚格子应力模型的分离涡模拟,分别对仿生叶片和原始叶片的流道模型进行了三维流场的数值计算.结果表明:通过将原始叶片的仿真预测结果与试验结果进行对比,证明了该数值模拟方法的有效性;在不改变原始叶片的重要参数的情况下,采用仿生环量分配规律设计出的仿生叶片,可以提高液力变矩器的最高效率值,最高效率可以提高1.5%.对比分析了仿生前后的流动结构,并采用Rothalpy对比了仿生叶片与原有叶片的能量损失,结果与性能预测值相吻合,验证了研究的可行性.      

发动机与液力变矩器共同工作特性的分析

正确确定发动机与液力变矩器共同工作输入、输出特性是进行液力传动车辆动力传动系最优匹配的重要基础 笔者提出了确定共同工作输入特性、共同工作区域和共同工作输出特性的计算方法 ,并用MATLAB语言编制相应的程序 ,进行实例计算     

螺旋桨CFD不确定度及叶形对桨叶变形的影响

为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均Navier-Stokes方程并选用SSTk-ω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分析;将CFD软件计算与有限元法求解相耦合,计算所得水动力载荷通过插值技术传递给螺旋桨,以分析桨叶应力分布及其叶梢处的变形情况.结果表明,在水动力载荷作用下,复合材料螺旋桨桨叶将产生明显变形,且不同螺旋桨所产生的侧斜和纵倾等均不同,在复合材料螺旋桨的设计和流-固耦合计算中必须加以考虑.