超声液位传感器的等效电路模型及其仿真分析

将电-力-声类比方法应用到超声液位传感器的建模中,建立了超声液位传感器的等效电路模型,并借助傅里叶变换和逆变换推导了传感器的频率响应和瞬态响应关系式.对关键结构参数进行了分析,结果表明：压电元件厚度与谐振频率成反比;机械品质因数会影响超声液位传感器输出电压信号的峰-峰值和余振特性,选用机械品质因数为700左右的压电陶瓷,可以兼顾传感器输出信号峰-峰值与余振特征;通过优化工作间隙,输出电压峰-峰值提高了40%.     

超声液位传感器有限元模型及其声学特性分析

运用ANSYS有限元软件建立超声液位传感器有限元模型,利用其谐波响应、瞬态响应分析技术分析了超声液位传感器声学特性．阐明了超声液位传感器声学特性分析的有限元理论,给出了建模过程若干关键问题的解决方法．研究了保护膜厚度、材料及压电元件的电学品质因数对传感器声学特性的影响,并通过实验验证了谐振频率和最大发射电压响应的仿真计算结果的合理性．由此可见,所建立的分析模型可较准确地对超声液位传感器的声学特性进行仿真模拟,为该传感器的优化设计提供了一种有效的方法．     

基于微型多目标遗传算法的布料机臂架结构优化

针对目前用于散料输送的大跨度布料机布料臂架结构重大、设计冗余度严重过剩等问题,采用一种微型多目标遗传算法对布料臂架主梁结构尺寸进行多目标优化.以各节臂架主梁的截面尺寸为优化变量,以增强臂架刚度和轻量化为优化目标,结合微型多目标遗传算法和参数化有限元建模技术,建立了布料臂架的优化设计模型.此方法既能高效率地解决增强臂架刚度和臂架减重等优化问题,又能仅通过一次计算就提供多组方案以满足对布料机性能控制的不同需要.该优化结果已用于该系列布料机的定型设计.     

基于网格计算的飞机气动与隐身综合优化设计

针对飞机气动与隐身综合优化设计优化提出一种遗传算法计算模型.在此模型基础上,基于网格技术将分布的计算资源整合为高性能计算环境,以网格服务方式提供统一的资源服务和可视化的用户使用环境,实现多目标优化设计网格,解决飞机设计中遇到的气动与隐身综合综合优化问题.首先对系统体系结构以及多目标遗传算法做出较详细的描述,然后以飞机气动与隐身综合优化设计为例进行计算.结果证明,该系统大大缩短了计算时间,具有良好的并行加速效果,系统优化参数结果满意度很好.     

基于Isight的博弈多目标优化

复杂多目标优化设计中常遇到性能目标与设计变量之间不具有显式的函数关系式,难以直接运用传统优化方法进行设计计算,且多个性能目标相互耦合,设计周期长等问题。针对这些问题,本文提出了基于Isight的博弈多目标优化设计方法,在Isight优化平台下集成Solidworks软件和Ansys软件进行建模与分析,运用博弈论思想分别建立合作博弈模型和非合作博弈模型,用遗传算法对模型进行求解获得优化解,并以悬臂梁多目标优化设计进行示例说明。     

考虑地面沉降约束的地下水模拟优化管理模型

为了解决地面沉降区地下水资源科学管理这一个重要的资源与环境地质问题,基于模拟优化(S-O)模型的思想,建立了考虑地面沉降约束的地下水模拟优化管理模型(SUBGO).模拟模型采用地下水模拟程序MODFLOW-2005中的地面沉降模拟子程序SUB-WT来模拟地面沉降过程.优化模型分别采用遗传算法(GA)和小生境Pareto禁忌遗传混合算法(NPTSGA)分别求解单目标和多目标的优化设计方案.将SUBGO管理模型应用于一个理想场地含水层中地下水开采方案和地面沉降控制的优化设计中,结果表明基于GA的单目标优化和基于NPTSGA的多目标优化均能搜索到全局最优解和全局分布的Pareto最优解,均能够在控制地面沉降的约束条件下,设计合理的地下水开采利用方案.与单目标相比,多目标优化能够为决策者提供多个解作为管理决策方案,同时多目标优化还提高了寻优的计算效率.     

基于等效磁路的PMECD变种群规模遗传多目标优化设计

基于等效磁路模型,提出了一种使用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法进行永磁涡流驱动器的多目标优化设计的方法.首先建立磁场分析模型,推导关键参数的解析表达式.在此基础上,以永磁体厚度、极弧系数、铜盘厚度以及永磁体个数为变量,以输出转矩、转动惯量和驱动器体积为优化目标,提出了基于熵值权重的永磁驱动器多目标优化函数,然后应用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法来优化结构尺寸.优化结果得到了实验以及有限元仿真的验证,并且与其他算法进行了比较.结果表明,相比其他优化算法,该基于解析模型的变种群规模遗传算法在结构参数优化设计中有很好的计算效果.     

基于遗传算法的超声速二维进气道优化设计

首先介绍了基本遗传算法,并由基本遗传算法演化出小生境遗传算法.应用简单的测试函数对两种遗传算法进行测试,对两种遗传算法进行比较.然后应用小生境遗传算法对二维超声速进气道进行优化设计.在单目标优化设计中,以最大总压恢复系数为优化目标,在多目标优化设计中分别顾及到总压回复系数要求最大和增压比也要很高.在对进气道的优化设计之后,对单目标优化和多目标优化的结果进行比较.     

基于离散样本的一种最优化方法研究

探索一种解决结构优化设计问题的新思路.以一种新型直线电机的结构参数优化为例,通过建立电机的有限元计算模型及试验验证,获得了用于支持向量机回归建模的离散样本空间,建立了SVM回归模型,进一步采用遗传算法和混沌优化方法,对直线电机的结构参数进行了优化,获得了直线电机的较优结构参数.为最优化设计问题提供了一种新的思路,实践应用证实了该方法是有效可行的.     

迷彩图案的数值优化设计

为解决迷彩图案设计问题,建立了一种基于遗传算法的迷彩图案优化设计模型.在结合遗传算法特点的基础上,分析了影响迷彩图案设计的颜色、形状和纹理等诸多因素,利用层次分析法和基于信息熵的权重计算模型研究了迷彩图案最优化设计模型的目标函数,并结合面积、亮度对比、尺寸、纹理特征距离阅值等约束条件,采用遗传算法优化求解了目标函数.实例计算结果表明,优化结果能够与实际的典型背景的特征值相匹配,从而验证了该方法的有效性.     

换能器潜在效率与尺寸及工艺关系

1 换能器潜在效率与结构尺寸及工艺的理论关系在机械谐振频率附近,换能器的等效电路见图1。图中R_o及C_o是换能器的介电损耗电阻     

20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用

为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器.本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性.采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20 MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4 mm.     

用于超声手术刀的夹心式换能器设计与有限元分析

传统的换能器设计方法成本高、效率低。利用理论计算并结合有限元方法设计了55 000 Hz的超声手术刀用压电换能器,以提高设计效率并验证方法的可行性。超声换能器设计为夹心式结构,使用PZT-8型压电陶瓷进行设计与仿真。首先理论设计出换能器各部件的初始尺寸并进行三维建模,将模型导入Workbench软件进行模态分析与谐响应分析,提取换能器工作时的谐振频率与输出振幅,并确定换能器最终尺寸。根据最终尺寸加工并装配得到实体换能器。最后利用阻抗分析仪对实体的谐振频率进行测量。结果表明,简化后的仿真模型谐振频率与实测值近似相等,为54 980 Hz。证明了设计思路的合理性与可行性,并对换能器的工作方式与优化设计提供了参考帮助。     

基于超声测距的随钻井径测量系统设计

 传统电缆测井的机械多臂井径仪在高速旋转的随钻条件下难以完成测量,而基于超声测距的随钻井径测量系统,具有利用超声测距的非接触、速度快、信息处理简单、抗干扰能力强等优点,通过采用3个换能器等角距圆周分布,在存在“偏心”时可有效测量井径以及井筒轴心到仪器轴心的距离矢量。本文借鉴国内外现有超声波随钻井径测量系统及技术经验,设计了以单片机为核心的模块化超声随钻井径测量系统。从超声换能器特性、硬件电路以及程序控制3个方面入手进行协同设计,精度高、具偏心修正功能。根据理论计算和超声换能器产品参数特点,采用1MHz的超声换能器进行测距。采用增益可编程的反射波信号检测电路,通过多次增益校正,使得首个反射波信号前沿被比较器捕捉到,把超声波传输时间检测精度提高到一个换能器振荡周期以内,有效提高了测距精度,实现高速高精度测量与井径计算,其测量精度达到毫米量级。     

夹心换能器效率与结构关系

本文从夹心换能器整体等效线路出发,导出了频率方程的矩阵表示,探讨了换能器效率与形状及尺寸间的关系,给出了提高效率的途径.     

压电换能器功率输出自动调节特征研究

为了研究换能器的工作安全性能、提高换能器的系统效率,根据压电换能器的工作原理,利用等效电路方法,分析了压电换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性,得出了在并联谐振频率附近的功率输出自动调节规律,应用该规律探讨了功率输出自动调节的频率范围,并对超声清洗换能器在不同负载时的功率输出进行了实验。结果表明:换能器在并联谐振频率附近工作时具有较好的功率输出自动调节功能,对提高换能器的系统效率有一定指导意义。     

多频扭转夹心式换能器研究

研究了一种可以工作在多个频率段的扭转夹心式换能器．该换能器由前后金属盖板、两组周向极化压电晶堆及电负载组成．分析了接电负载压电圆管的扭转振动特性，推出了其机电等效电路和共振频率方程．利用等效电路方法，给出了换能器的共振频率方程，并得到了换能器的共振频率与负载阻抗曲线，为此类换能器的设计提供了理论依据．该换能器可望应用于超声焊接、超声加工及超声马达等领域．     

基于扩展BVD模型的压电换能器电匹配研究

针对提高无损检测压电换能器灵敏度问题,提出了一种电阻抗匹配网络的设计方法。首先通过压电换能器电导纳实验曲线建立压电超声换能器的BVD模型等效电路。根据压电换能器电导纳的实验值对所建立的等效电路进行参数识别,确定等效电路各元件的值;并对参数识别的结果进行理论验证。同时与实验结果进行比对,吻合较好,表明该参数识别的方法可信度较高。在建立等效电路的基础上,采用Smith圆图,基于电匹配理论,设计压电换能器匹配电路;并对匹配后的压电换能器进行理论分析和实验验证。结果表明该匹配电路可将压电换能器的灵敏度提高约三倍。