高速动车侧梁焊接残余变形的控制

构架是机车车辆的重要承载部件,控制其侧梁的焊接残余变形至关重要.以热弹塑性理论为基础采用APDL语言对侧梁进行了焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量,得出侧梁的焊接变形仿真计算结果与测量值,二者基本吻合,误差在6%之内.以此仿真模型为基础,采用多层优化计算方法,对侧梁焊接时的随焊冲击碾压参数进行了优化分析,得到与焊接工艺相匹配的最优方案,计算结果表明最优方案能够降低残余变形量60%左右,最优随焊冲击碾压对于减小焊接残余变形效果明显.通过数值仿真优化所得的方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择、随焊冲击碾压设备的设计等提供可靠依据.     

基于Beckmann分布的星间光通信最优输入信号概率分布

针对瞄准误差影响下的星间光通信非对称信道,存在最优输入信号概率分布使链路的互信息达到最大,考虑瞄准误差服从Beckmann分布,结合接收天线孔径大小、波束宽度和瞄准误差分布参数,给出了星间光通信的信道矩阵,建立了互信息优化模型,并利用拉格朗日乘数法对模型进行了求解,得出了使互信息最大时的输入信号概率分布的闭合表达式。通过数值仿真,给出了最优输入信号概率分布、信道容量和互信息差值随着归一化判决阈值、光束束腰半径以及瞄准误差分布参数的数值变化关系。仿真分析结果表明：最优输入信号概率分布下输入信号与输出信号之间的互信息值要明显高于等概率分布时。利用数值仿真的结果,可在明确瞄准误差分布规律的基础上,选择最优的信源输入,使星间光通信信道实现最大的信息传输能力。     

混合优化策略在生命线管网拓扑设计中的应用

提出用遗传-模拟退火算法(GASA)混合优化策略来求解生命线管网的拓扑优化问题.混合优化策略结合了遗传算法的并行搜索机制和模拟退火算法的概率突跳特性,提高了算法的优化性能、参数鲁棒性以及计算效率.数值仿真实验表明了算法的稳定性非常好,首次达到最优值的进化代数,且比单一遗传算法提高了26.5倍.     

新型水动力弹射技术研究

针对水动力能源系统开展了新型水动力弹射技术的探索性研究,采用数值模拟和理论分析相结合的手段对弹射过程进行了数值仿真,并采用参数选取约束分析的方法对系统结构中的重要参数进行了分析,给出从设计参数输入到关键参数选取的方法. 数值仿真结果表明,两种数值方法计算结果一致性较好,验证了原理的正确性和方案的可行性. 并通过关键参数优化对比,提出增大设计冗余和采用较小的压力容器中高压气室的体积比例两个参数优化的方向.      

约束线性二次优化控制的多参数规划求解

针对求解约束线性二次优化控制问题,结合动态规划和控制时域长度为1的单步多参数二次规划,提出一种新的多参数规划方法。该方法一方面能够快速求解得到约束线性二次优化控制问题最优解与状态之间的显式函数关系,减少多参数规划问题求解的工作量;另一方面,能够同时求解得到显式分段线性状态反馈最优控制律。应用高频机械振动系统数值仿真例子,对该文的方法进行了数值仿真计算。仿真结果表明该文提出的方法是有效的。     

新型动静压转台性能分析及参数优化

以一种新型动静压转台为研究对象,通过理论和实验的方法分析了转台承载特性,并提出了以动压承载能力为目标的螺旋楔形织构几何参数优化设计方案.首先建立摩擦副物理模型并数值求解控制方程,计算液膜压力分布和部分润滑性能,并通过试验验证仿真结果.以动压承载力作为目标函数,通过分析楔形织构几何参数对目标函数的影响,以螺旋角、楔深和楔数为设计变量建立优化模型.为寻求设计变量的最优组合,使用布谷鸟搜索算法进行全局寻优并总结不同工况下的最优解规律.与原始几何参数下的转台对比,优化后的转台动力学性能得到了一定的改善,印证了文中优化方案的应用价值.     

采用混合遗传算法的变电设备多目标优化概念设计

针对变电设备概念设计中对应功能的结构选择的多样性和产品个性化客户需求,采用理论分析和仿真实验的方法进行定量计算,提出多目标优化结构设计的数学模型,结合混合遗传算法进行计算,分析了变压器多目标优化的全过程.研究结果表明:此方法运算速度快,准确率高,稳定性强,获得了Pareto最优解;采用的混合遗传算法能够获得良好的在线和离线性能.研究结论初步满足了变电设备参数的个性化需求,优化了变电设备的性能.     

基于元过程的多代理过程可靠性优化方法研究

为解决多代理过程可靠性难以优化的问题,提出了一种代理网络可靠性的闭环优化方法,其特点是引入了基于连通概率的可靠性计算方法.首先,通过目标输入启动可靠性闭环优化,将目标输入与系统可靠性参数经变换后进行处理,以作为新的给定值来控制多代理系统的网络调整.调整完成后,由可靠性计算获得新的系统数据,该数据再经变换、反馈后形成闭环控制系统.最终使得给定目标参数输入下的代理网络具有最佳可靠性.仿真结果显示,当活动代理数为100时,优化效果最为明显.     

构架侧梁焊接反变形量的优化分析

以热弹塑性理论为基础,采用APDL语言对机车车辆构架侧梁进行了焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量.得出了侧梁的焊接变形仿真计算结果与测量值,两者基本吻合,误差在6%之内.以此仿真模型为基础,结合所制定的反变形方案,采用多层优化计算,对侧梁焊接时的反变形量进行数值仿真优化,最优方案与无反变形量的焊接相比,可使弯曲变形量减低65%左右.优化方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择和预留变形量的确定等提供可靠依据.     

基于克里金元模型的离心泵水力性能多目标优化

提出了拉丁超立方抽样、CFD数值模拟和克里金插值等方法,以离心泵叶轮轴面形状参数为设计变量,离心泵性能参数效率和必须汽蚀余量为优化目标,构建设计变量与优化目标之间的函数关系.并选取测试点进行CFD仿真,检验建立的近似模型预测精度,结果表明克里金预测值和CFD仿真值相符合.采用二代非劣分类遗传算法(NSGA II)在设计域上求解离心泵性能多目标优化问题,并得出其Pareto最优解集.采用映射法从最优解集中挑选出一个折中解,试制出与设计变量相对应的样机泵,并进行试验验证.试验结果表明克里金预测值和试验测试值比较一致.     

摩托车发动机VVT系统参数的设计与优化

针对中小排量摩托车发动机的特点,研制了可切换双进气正时参数VVT系统.以发动机工作过程循环模拟为基础,通过嵌入VVT机构运行模式和控制策略的系统参数,分析了VVT结构参数、控制参数、以及相应运转参数对发动机性能的影响,对VVT系统高速和低速工况的进气迟闭角、气阀升程、切换转速等参数进行了优化设计.研究表明,在JH125摩托车发动机上装载所设计的可切换双进气正时参数VVT系统,可有效提高其整个转速工况范围的动力性指标.     

摩托车发动机VVT系统控制策略的分析

针对中小排量摩托车发动机的特点，研制了可切换双进气正时参数VVT系统．以一维CFD计算为基础，建立了摩托车发动机VVT系统的循环仿真模型。在此基础上，对发动机怠速低负荷、中等负荷、低转速高负荷、高转速高负荷不同工况条件下VVTL（Variable Valve Timing and Lifting）运行模式的控制策略进行了详细探讨．结合JH125摩托车发动机所进行的研究表明，VVT系统可以在各种不同工况下实现发动机动力性、经济性以及排放性能的有效提高．     

气口参数对二冲程重油发动机扫气性能的影响

利用三维计算流体力学(CFD)软件Fluent对航空用二冲程重油发动机的扫气过程进行模拟。研究气口仰角、流通面积及开启时刻对与发动机容积效率和扫气损失的影响。在保证发动机容积效率的前提下尽可能地减小扫气损失,并推迟排气口的开启时刻。以发动机整机性能最优为目标,确定最佳的气口参数组合,为发动机整机设计提供理论依据。     

用特征时间燃烧模型模拟直喷式柴油机的燃烧

为了更好地模拟直喷式柴油机的喷雾及燃烧过程，对Kiva-3程序的喷雾和燃烧模型进行了改进，引入Kelvin-Helmholtz和Rayleigh-Taylor模型来模拟油滴破碎过程，采用改进的SheU自燃模型来模拟着火过程，为了综合考虑化学动力学和湍流对燃烧的影响，采用层流和湍流多重特征时间尺度燃烧模型来模拟燃烧过程．计算结果表明：在不同工况下计算所得的缸内压力、滞燃期和燃烧放热速率与实验结果吻合良好，着火点位于油束下游当量比略小于1的稀混合气区域；用改进的Kiva-3程序可以较好地研究直喷式柴油机的喷雾和燃烧过程，为进一步利用三维数值模拟计算来指导直喷式柴油机的参数优化奠定了基础。     

气门参数对汽油机可控自燃燃烧控制作用的数值模拟

通过可变气门机构使部分燃烧废气保留在缸内，是实现汽油机可控自燃（controlled auto—ignition，CAI）燃烧的切实可行的办法，然而多参数可调气门机构增加了控制的复杂程度。为此，利用-维循环模拟软件在Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时均可控的四变量气门执行机构（4-variable valve actuating system，4VVAS）的汽油机仿真试验平台，探讨了气门各参数对循环热废气及CAI燃烧过程的控制作用及控制敏感性。研究结果表明，其他参数相同时，排气门定时对汽油机CAl燃烧的影响主要体现在缸内废气残留量及废气温度的大小，而进气门定时主要通过影响进气回流和有效压缩比来影响燃烧过程；存在一个最佳位置没有进气回流，能够取得最大负荷。在当量比燃烧时，排气门参数对发动机负荷和着火时刻的控制最为直接和有效，是汽油机CAI燃烧的重要控制参数。     

缸内直喷汽油机低速混合气形成过程研究

通过Hydsim搭建的多孔喷油器一维仿真模型分析了针阀开启与关闭阶段喷油参数的变化,并使用FIRE软件对15 MPa喷油压力下的定容室喷雾进行了数值模拟及模型标定. 在此基础上,以一涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,对比数值模拟与实验结果,分析了滚流比及喷油时刻对低速工况缸内混合气形成过程的影响. 结果表明,对2000 r/min全负荷工况,采用较高滚流比可增强缸内气流运动,促进燃油快速蒸发并形成更加均匀的混合气,而适当的喷油时刻可减少燃油碰壁,改善混合气浓度分布,从而更利于燃烧及发动机性能的提升.      

喷油时刻对缸内直喷汽油机性能的影响

通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成及燃烧过程的数值模拟,并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据,研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响.结果显示,对于5 000r.min-1工况,喷油开始时刻为400°曲轴转角是混合气雾化混合的最佳方案,此时混合气分布比较均匀且点火时刻火花塞附近具有较高的湍动能,10%～90%燃烧持续期最短且HC排放较低,从而使其具有最佳的燃油经济性与燃烧稳定性.而2 000r.min-1工况的最佳喷油开始时刻推迟了30°曲轴转角.喷油提前,壁面油膜量增加,混合气当量比下降及火花塞附近较低的湍动能使得燃烧速率降低,因此HC排放、燃油经济性及燃烧稳定性均会变差.同样的情况也出现在推迟喷油中,由于混合不充分使得点火时刻混合气均匀度下降,从而使发动机性能恶化.     

四变量气门执行机构可控自燃汽油机稳态性能及过渡过程

利用一维循环模拟软件GT-Power,在Matlab-Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时都可调节的四变量气门执行机构(4VVAS)的汽油机可控自燃(CAI)燃烧仿真试验平台,对不同气门参数下4VVAS-CAI汽油机的稳态性能和过渡过程进行了预测和试验验证.研究表明,在4VVAS-CAI汽油机稳态运行过程中,不同的气门运动规律组合方式可以取得相同的汽油机负荷,但指示燃油耗(ISFC)不同.着火时刻是影响ISFC的关键因素,而在着火时刻相差不大时,进气回流和泵吸损失是影响ISFC的主要因素.在过渡过程中,合理地同时调节4VVAS的气门升程和定时更有助于实现汽油机负荷的快速过渡.     

Sensitivity Analysis of Relap5 Simulation on AP1000 Nuclear Power Plant

During the simulation of AP1000 nuclear power plant,the values of input parameters, core nodalization methods and calculation models, may have important influence on the code outputs. Therefore, it is necessary to identify and evaluate the influence of these parameters and modeling approaches quantitatively. Based on the best estimate thermal-hydraulic system code RELAP5,sensitivity analyses have been performed on core partition methods,parameters and models in AP1000 nuclear power plant,such as the core channel number,pressurizer node number,and feedwater temperature. The results show that code channel number,code channel node number, and the pressurizer node number have apparent influences on the coolant temperature variation and pressure drop in the reactor. The feedwater temperature is a sensitive factor to the steam generator( SG) outlet temperature and the SG outlet pressure. In addition,the influence of the cross-flow model on coolant temperature variation and pressure drop through the reactor is insignificant,both in steady state and loss of power transient. Furthermore, some suitable parameters and modes also have been put forward for the nuclear system simulation.     

二次补气和配气相位对摩托车发动机怠速稳定性和动力性的影响

为分析一款摩托车发动机加装二次补气装置后怠速稳定性提升的原因,利用数值模拟方法建立原机仿真模型,通过对仿真模型标定表明该模型具有较高的模拟精度,在此模型基础上,建立二次补气发动机仿真模型。利用以上模型分析二次补气对怠速稳定性的影响,发现原机怠速不稳的主要原因为其残余废气系数过高。为解决原机怠速不稳问题,从配气相位出发,研究在对原机动力性影响较小的情况下降低残余废气系数的方法。结果表明:将排气相位整体提前可以将残余废气系数降至二次补气发动机的水平,且扭矩下降最大值不超过2%。