复杂结构零件的初始化设计知识模型构建

为了实现设计重用,提出了一种面向复杂结构零件的初始化设计知识模型构建方法.采用功能特征分解对复杂结构零件进行了从功能到其映射结构的逐层解析,构建了功能结构设计矩阵,研究了各级功能结构的设计流程规划方法.以特征分解树为框架,研究了面向对象的表示方法对各级功能结构设计支撑知识的模块化封装,最终实现了初始化设计知识模型的构建.应用结果表明,在汽车发动机气缸体设计知识模型的构建中,该方法可有效地实现对其设计知识的条理性重用.     

大推力液体火箭发动机试验用涡轮流量计结构优化设计

为提高大推力火箭发动机试验用DN600涡轮流量计在液氧中的测量精度，采用六自由度(6DOF)模型结合流体仿真方法对涡轮叶片进行优化设计。首先，基于水介质下涡轮流量计的仪表系数，构造高保真流体仿真模型。然后，通过热固耦合仿真建立低温液氧下流量计的冷缩等效模型，并利用流体仿真获取水介质和液氧中流量计仪表系数的等效关系。最后，以仪表系数的线性度误差最小化为优化目标，通过正交试验优化涡轮叶片的中径来流角、轴向宽度和重合度。仿真结果表明：涡轮流量计在液氧和水介质中的仪表系数成正相关；优化的中径来流角、轴向宽度和重合度分别为55°、55 mm、1;相比于原始结构，优化后涡轮流量计的仪表系数线性度误差降低了0.104 5%,其测量精度显著提升。     

螺栓支承面有效半径的影响因素

为得到螺栓拧紧扭矩与预紧力之间的精确关系,对影响螺栓支承面(螺栓头和螺母)有效半径的计算方法、预紧力、被连接件弹性模量、板厚、孔隙、螺距等因素进行了研究.采用ANSYS参数化设计语言,构建了具有螺纹特征的螺栓连接件参数化有限元模型,通过Ⅰ-Scan压力薄膜传感器测量被连接板结合面的压力分布,并与有限元模型的计算结果进行比较,间接地验证了参数化模型的可靠性.通过获取螺栓连接件支承面的压力分布方式,结合螺栓支承面有效半径的计算方法对螺栓支承面的有效半径进行了计算.计算结果表明,螺栓支承面的有效半径随着预紧力、孔隙的增加而增加,随着板厚、被连接板弹性模量的增加而减小,有效半径与预紧力、弹性模量之间成非线性关系,与孔隙之间成线性关系且斜率为0.53～0.56.     

一种结合面法向接触刚度计算模型的构建

摘要：
为了预测2个固体粗糙表面接触时结合面的法向接触刚度,采用分水岭分割方法获得了粗糙表面三维微凸体的尺寸与空间分布;基于弹塑性接触理论推导出单对微凸体侧接触时接触载荷与接触变形的关系,并通过确定粗糙表面上每个微凸体的变形类型与接触载荷,计算了结合面的法向接触刚度.将计算结果与实验结果进行比较,验证了该方法的有效性.
关键词：
粗糙表面; 形貌; 侧接触; 法向接触刚度
中图分类号： O 343.3
文献标志码： A     

发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.     

结合面参数的超声检测方法研究

为提高超声检测结合面参数的精度,有效去除超声探头聚焦区域的模糊效应,以球-板接触为例对超声检测结合面的方法进行了研究.利用聚焦超声探头扫描球-板接触区域得到了反射率矩阵,并对反射率矩阵进行误差估计,采用最小约束二乘滤波对反射率矩阵进行反卷积,结合构建的反射率-压力曲线,得到了球-板接触的名义接触区域及接触压力分布.利用商业有限元软件建立了球-板接触的有限元模型,以验证所提出的最小约束二乘滤波反卷积的有效性.研究结果表明,与现有维纳反卷积相比,采用最小约束二乘滤波反卷积得到的结合面接触压力分布与有限元模型结果更为吻合,能有效提高超声检测结合面参数的精度.     

一种高比刚度盾构机刀盘面板结构拓扑重构设计

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力，提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先，将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件，采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束，限制多孔面板结构的最大全局应力，并以多孔面板结构的全局刚度最大化为优化目标，构建考虑最大全局应力的多约束拓扑优化模型；其次，通过移动渐近线优化算法求解该模型，获得多孔面板结构的优化拓扑构型；然后，采用水平集方法提取优化构型的清晰拓扑边界，并通过几何重构获取多孔面板结构模型；最后，以某型盾构机为例，设计了多孔面板结构，并开展了静力学有限元仿真分析。仿真结果表明：在相同开口率条件下，相较于原有结构，所设计多孔面板结构的刚度和强度分别提升了7%和19.8%,承载能力得到了显著提高。所提出的方法能有效应用于盾构机面板结构的拓扑重构设计，丰富了盾构机刀盘面板结构的设计理论。     

隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法

为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控,提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在三周期极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数,保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数,实现多孔结构混合参数化建模。采用数值均匀化法评估多孔结构的宏观等效弹性属性,并通过径向基插值函数构建等效弹性张量关于混合权重因子的显式表达式。以混合权重因子为设计变量,建立柔度最小化拓扑优化模型并采用优化准则法求解。引入Heaviside函数建立高阶连续插值模型,保证梯度多孔结构的高阶连续性。数值案例和实验结果表明,相比于均布多孔结构,所设计的梯度多孔结构的鲁棒性和承载特性更优,且不同单胞构型的梯度多孔结构功能特性相异。所提方法能有效应用三周期极小曲面梯度多孔结构设计,实现多孔单胞构型对结构功能特性的调控,丰富了多孔结构的力学内涵。