燃油喷射系统优化对柴油机性能的影响及喷油参数再优化

为研究燃油喷射系统参数优化对柴油机性能的影响,利用AMESim仿真软件建立燃油喷射系统模型,运用正交试验设计方法对相关结构参数进行优化;再利用AMESim耦合AVL_FIRE软件将优化得到的喷油规律导入高压循环模型中燃烧计算,并对喷油系统参数再优化.结果表明,15 mm-0.22 mm-0.46 mm·(CaA)~(-1)与14 mm-0.30 mm-0.46 mm·(CaA)~(-1)(柱塞直径×喷孔直径×凸轮型线速度)两组参数组合满足设计压力要求,油耗率相对于原机分别降低约3.8%和5.4%,NO_x排放量分别提高了约98.2%和144.4%.经过再次优化后,以降低油耗率为优化目标的最优参数组合下的油耗率较原机降低了约10.5%;以降低NO_x排放为优化目标的最优参数组合下的NO_x排放量较原机降低了约45.3%.     

自移式掘进机辅助支护设备顶梁的优化设计

为了减小自移式掘进支护设备顶梁的质量,以增加设备自行移动的灵活性,降低工程造价,研究了基于大型有限元分析软件ANSYS Workbench的优化设计.首先用三维建模软件Pro/ENGINEER对自移式掘进支护设备的顶梁进行了三维参数化建模,定义了设计变量.在此培础上利用ANSYSWorkbench对顶梁进行了优化设计,以最大综合应力和整体位移为约束条件,以结构质量为目标变量进行优化改计.实现了顶梁结构11%的质量优化.对该类结构优化的难点问题提出有针对性的解决方法.为同类问题的解决提供了参考依批.最后对优化结果进行仿真分析,证明了优化方法的可行性.     

基于参数化子模型的小水线面双体船结构优化

针对小水线面双体船连接桥局部结构应力水平高、屈服强度难以满足的问题,研究基于某SWATH船整船有限元结构强度,运用子模型法对SWATH船舷台与支柱体连接处过渡结构的细网格模型进行有限元计算.结合有限元分析软件ANSYS及其参数化编译语言APDL建立该关键部位局部结构的参数化子模型,通过ANSYS的优化设计模块及优化算法进行优化设计,提出了基于参数化子模型的小水线面双体船结构优化方法.算例结果表明:该方法能够在满足结构强度细网格屈服衡准的情况下,降低SWATH船舷台与支柱体连接处的结构质量8.3%,并提出相应的结构改进方案,为同类型船舶结构的应力分析及结构设计提供参考.     

基于有限元技术的液压挖掘机动臂性能优化分析

以某型反铲液压挖掘机工作装置中主要部件动臂结构作为研究对象,利用三维参数化设计软件Pro/E建立动臂结构的三维模型,通过ANSYS和Pro/E软件的无缝接口设计,将动臂三维模型成功导入ANSYS中建立有限元分析模型,采用ANSYS软件中优化模块OPT作为研究平台对液压挖掘机的动臂性能进行优化.以动臂的体积最小(质量最轻)为优化目标,分析优化设计方法在实际中的运用效果.通过优化前、后结果对比表明,基于有限元技术的优化分析方法能快速有效地提高产品的设计效率,为同类零件的结构优化设计提供理论参考.     

基于ANSYS的压力容器壁厚优化设计

阐述了压力容器设计的一种可行方案,以及针对压力容器的参数提出了以减少壁厚为优化目标进行优化设计的方法.首先通过材料力学等相关知识对某压力容器的结构进行设计,从而得出相应的尺寸参数,然后根据实际工况,利用大型仿真软件ANSYS进行力学分析,并以此为依据,利用ANSYS软件的优化设计模块(Design Opt)进行优化分析,并对比传统设计方法和ANSYS设计方法的效果.在满足工程中技术指标的情况下,实现提高设备刚度和结构轻量化的目标.     

基于ANSYS的抽油杆检测壳体壁厚优化设计

为了以最少的原材料满足结构强度、刚度要求,运用功能强大的有限元分析软件ANSYS对抽油杆检测壳体的厚度进行了优化设计,得出了合理的结构形式和优化尺寸,实现了结构轻量化的目标.结果表明,运用ANSYS进行优化设计问题的求解,可以很大程度上减少设计成本,使产品设计更为科学合理.     

双燃料发动机运行参数匹配优化对油耗率的影响

为了研究天然气-柴油双燃料发动机运行参数匹配对综合油耗率的影响,利用AVL-FIRE仿真软件建立双燃料发动机燃烧室高压循环模型,运用一次回归正交试验设计方法安排系统运行参数进行仿真计算,建立综合油耗率生成的回归方程,并对其进行方差分析和失拟性检验,运用该回归方程找出综合油耗率最小的参数组合。结果表明,综合油耗率经过一次回归正交试验设计优化后相比正交试验设计的降低约0. 53%;综合油耗率最小(169. 3 g/(kW·h))的参数组合为:天然气替代率40%; EGR率0;进气温度325. 15 K;进气压力0. 223 MPa;喷油提前角22. 6°。     

基于系统综合效率最优的双轴并联PHEV联合优化控制策略

针对双轴并联插电式混合动力汽车控制策略与参数优化问题,综合考虑发动机和电动机工作区间对整车经济性的影响,以系统综合效率最高为目标提出了同时优化转矩分配和变速器挡位的联合优化控制策略,同时引入成本函数对整车经济性和换挡成本进行综合评价.制定控制策略后,以整车在NEDC工况下的电平衡油耗最低为优化目标,采用Isight/Cruise/Simulink联合仿真优化平台采用自适应模拟退火算法对联合优化控制策略参数进行了优化.仿真结果表明,经优化参数后的联合优化控制策略比未经参数优化的规则策略节省油耗7.7%,比运用初始规则策略节省油耗17.3%.     

基于Isight的增程式电动汽车控制参数多目标优化

文章以某款增程式电动汽车(range-extended electric vehicle,REEV)为研究对象,设计了整车控制策略,借助整车性能仿真软件CRUISE和多学科设计优化软件Isight搭建了整车性能仿真和优化模型,并采用改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)对增程器控制参数进行多目标优化。优化结果表明,在满足整车能量需求的前提下,优化后的增程器总发电量减少了7.34%,汽车百公里燃油消耗量降低了8.28%。     

优化集成系统平台的建立及其应用研究

通过隐式参数化软件SFE CONCEPT进行参数化建模,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成SFE CONCEPT、求解器LS-DYNA和数据处理器Matlab,建立优化集成系统平台,以实现产品开发过程优化的快速、自动化.以新开发车型前保险杠横梁为例,在保证碰撞安全性的前提下针对保险杠横梁的轻量化问题,对横梁空间形状、截面高度、宽度以及厚度进行优化.以质量最小为优化目标,碰撞压缩量与车体加速度峰值为约束条件,采用最优拉丁超立方试验设计和模拟退火算法,通过优化集成系统平台对模型进行40%偏置、刚性墙、刚性柱三类低速碰撞仿真分析,得到了满意的效果.     

基于CFD的发动机冷却水泵流场数值模拟及性能优化

为了给发动机冷却水泵的设计开发及优化提供理论依据,本文以某发动机冷却水泵为研究对象,基于计算流体动力学的方法,采用STAR-CCM+流体仿真软件对原始水泵模型的内部流场进行数值分析,模拟获得的水泵性能流量-扬程及流量-效率曲线与实验测试结果的变化趋势一致,结果表明搭建的水泵性能仿真模型对评估水泵性能是可靠的。为了提高冷却水泵的工作性能,以水泵流量及效率最大化为优化目标进行优化设计,采用CATIA对其进行三维参数化建模,实现叶轮形状的参数控制及为性能优化提供参数变量。对流量8 L/min的计算工况点(计算扬程2.3 m)搭建了联合CATIA与STAR-CCM+集成的"数模-仿真"优化分析模型,利用STAR-CCM+内置参数化模型自动更新和模型迭代计算功能实现水泵性能优化,获得了叶轮结构优化方案,水泵效率提升10.157%,流量提升94%,表明该计算工况下水泵性能明显提升。     

便携机器人轻量化设计与仿真

针对实验室33 kg便携机器人为研究对象,对它进行25 kg为目标轻量化设计。对已有履带轮受力情况,将各履带轮的材料厚度作为设计变量对其三维模型进行结构优化,获取轻量化的结构,基于多体动力学软件Recurdyn对平地直线行驶、斜坡、斜坡转弯三种典型工况下分别进行仿真,并将仿真结果运用ANSYS进行静力学有限元分析,对零部件以应力和变形为限定条件。结果通过多次迭代设计对比优化前后机器人整体质量减轻的情况下满足运行特性要求。表明了该轻量化设计方案是可行的,新结构相对于原始结构更优。     

基于iSIGHT的机床整机结构方案设计与集成优化

机床整机结构方案设计是机床设计的关键环节.在早期设计阶段,实现整机及基础大件性能优化可显著减少后续详细设计的重复率,提高设计效率.基于多学科优化设计软件i SIGHT,搭建了机床整机结构方案设计及集成优化系统框架,有效集成参数化建模知识、仿真分析知识;综合利用实验设计、响应面拟合及多目标优化算法,形成了以结构件关键设计参数为变量、静动态特性及质量为目标的优化技术流程.以某框中框结构卧式加工中心为例,优化后整机质量下降6.38%,,整机最大变形降低3.24%,,工件-刀具相对变形降低5.68%,,首阶固有频率提高1.15%,.优化结果验证了所提出方法的可行性.     

高粘度流体截止阀开度优化模拟研究

市场现有的截止阀不能很好地应用于高粘度流体领域,为此提出了一款常闭式电磁驱动截止阀,同时对截止阀的开度进行了初步设计。为了进一步优化其结构和性能,采用计算流体力学方法模拟分析截止阀的内部动态流场。通过Solidworks软件对截止阀结构进行三维建模,并采用Fluent软件动网格技术结合外部自定义函数(UDF)程序的方式来定义阀芯的运动,以此实现对截止阀芯关闭过程的模拟。以阻力系数和压降等指标为判断依据,分析了截止阀在关闭过程中的流场分布情况,得出开度设置为3. 5 mm时既能保证过流量又能优化驱动结构。另外,通过优化截止阀杆的形状,削弱了内流场的湍动能,进一步减小了介质的过流阻力。研究为高粘度流体截止阀的设计与选用提供了参考。     

基于NSGA-Ⅱ算法的高压共轨喷油器优化设计

针对高压共轨电控喷油器关键结构参数对喷油器的响应特性影响深刻的特点,采用带精英策略的非支配性遗传算法NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ),基于多目标多学科优化平台modeFRONTIER和液压仿真分析软件AMESim,以针阀开启延迟和关闭延迟为目标函数建立了多目标优化模型,对电控喷油器的关键结构参数进行多目标优化设计.结果表明:针阀开启延迟时间降低了16.7%,达到0.25ms;关闭延迟时间降低了15.2%,达到0.78ms.     

基于有限元分析的赛车车架结构轻量化设计

通过对某方程式赛车车架结构的有限元分析,来实现赛车车架结构的改进和轻量化设计.利用CATIA软件平台建立某方程式赛车车架三维实体模型,运用CAE分析软件对其进行单元选取和网格划分,建立车架的有限元分析模型,通过对车架静态条件下弯曲工况、扭转工况的分析,找到车架弯曲强度和扭转刚度富裕部位,通过减少管件的使用数量、减薄相对应管材的壁厚、减小直径,达到车架结构优化和轻量化设计目标.     

基于SOI工艺下600V LDNMOS的设计与分析

基于SOI工艺,运用SILVACO公司的工艺仿真(Athena)和器件仿真(Atlas)模拟软件,结合实际流片测试结果完成对600 V LDNMOS的设计和器件性能分析.整个器件采用环形版图结构,以优化器件的横向尺寸,漏端漂移区通过渐变掺杂技术(VLD)调节器件表面横向电场分布,并在漂移区上方加入一定厚度的槽氧层,从而增大器件的源漏击穿电压.流片测试结果(Vth=1.7 V,Idsat=48 mA,BV=550 V)表明,器件的各项指标基本达到预期目标,实现了设计和分析的目的.     

基于SolidWorks Simulation的小型载重仓储机器人车架静力学分析

利用SolidWorks(一款三维设计软件)建立小型载重仓储机器人三维设计模型,简化待分析模型的结构,通过SolidWorks中的Simulation(仿真)插件模块分析计算小型载重仓储机器人车架。结果证明:该方法有效避免了其它三维设计软件与有限分析计算软件之间来回转换操作以及期间可能会出现的数据缺失等问题,对机械设计相关工程技术人员具有一定的参考价值。     

基于高精度模型的机翼气动结构多学科设计优化方法

利用低自由度协同优化方法对轻型飞机机翼进行了气动/结构多学科设计优化,气动和结构两个子系统实现了并行,其中气动分析采用CFD软件Fluent,结构分析优化采用有限元软件MSC.Patran＆Nastran。建立了基于Catia、Gambit和Fluent等通用软件的气动自动化分析模型。提出了利用三系数四次响应面模型拟合机翼上的升力分布以实现不同子系统并行和气动力的传递。以气动自动化分析模型和三系数四次响应面气动载荷分布模型为基础,提出了面向高精度气动分析的气动分析代理模型的建立方法。机翼优化结果表明LDFCO/V1方法可以成功地利用高精度模型实现机翼气动/结构多学科设计优化。     

基于有限元分析的静电探测器电极设计

根据静电理论,研究了利用旋叶式三维静电探测器对空中目标进行测向的方法.根据三维静电探测器测得的三路信号可实时给出目标方位角和俯仰角.分析了感应电极叶片数量与感应电流幅值之间的关系,应用有限元分析软件ANSYS对静电探测器电极结构进行了设计仿真计算,对不同叶片数的探测电极的感应电荷变化量进行仿真,分析了边缘效应的影响.根据计算结果给出了静电探测器电极的优化设计参数,为旋叶式三维静电探测器电极设计提供基础和指导.