液压伺服阀阀芯的动态特性分析与多目标优化

为了提高液压伺服阀的动态响应特性,对液压伺服阀的阀芯结构进行了多目标优化研究,建立了阀芯结构参数与作用力之间的数学模型。以阀芯动态响应的超调量、振荡次数和上升时间作为优化目标,以阀芯的优化结构参数作为设计变量,数学地描述了阀芯动态特性多目标优化问题。分别采用NSGA-Ⅱ、SPEA2两种多目标进化算法与Simulink相结合对阀芯进行优化,评估了两种多目标进化算法的表现,得到了阀芯的最优设计参数。采用CFD、Simulink仿真验证了优化效果,结果表明：对应液压伺服阀入口压力工况为7、14、21 MPa时,作用在优化后阀芯上的稳态液动力相比优化前下降了37.10%、34.39%、30.53%;优化后的上升时间平均降低了3.77 ms,平均改善了61.74%;优化后的超调量平均改善了9.41%。     

基于涡面元法的风力机叶片翼型优化设计

 针对风力机翼型反设计问题,通过求解由涡量表达的面元流函数方程,直接得到面元节点速度;通过计算沿流线的伯努利方程获得面元的压力系数,进而求得升力系数和力矩系数。应用所述涡面元法以NACA2412 为初始翼型,以NACA4412 压力系数为目标值,获得满足目标压力系数的新翼型。根据新翼型对一小型风力机进行优化设计。计算表明基于涡面元法的翼型反设计有较高精度,较广适应性。通过凸函数表达翼型几何参数,能满足不同初始翼型的优化设计及风力机叶片的设计要求。     

调压阀内流道流场分析及阀芯结构改进

采用ANSYS软件建立椭球形、锥形和球形阀芯调压阀内流道流体动力学有限元计算模型,在不同开口度下分别对其进行流场数值模拟,得到调压阀内流道流体油压与阀芯开口度间的关系,分析3种调压阀内流道流场特性;基于CFD分析数据,以椭球形阀芯调压阀内流道流体湍流动能耗散最小为优化目标,阀芯尺寸参数为设计变量,最大工作油压和最小滑油压力为约束函数,建立调压阀内流道流场优化模型,采用响应面法对调压阀阀芯结构进行改进设计.分析结果表明,调压阀内流道湍流动能耗散受椭球形阀芯长轴影响较大,且随阀芯长轴增加而减小;湍流动能耗散较改进前降低了69.43%,优化效果明显.     

高速动车组车轮型面多目标优化镟修

提出一种新的高速动车组车轮型面优化镟修方法,以与车辆系统动力学中的临界速度、影响轮轨系统磨损接触疲劳的接触应力和车轮名义滚动圆直径大小相关的三个函数为目标函数,以车轮外形曲线控制点的纵坐标为设计变量,样条曲线控制点的纵坐标上下界作为曲线的附加条件,以车轮型面的轮缘高、轮缘厚、接触角参数及样条曲线的导数作为车轮外形的几何约束参数,建立了高速动车组车轮型面多目标优化镟修模型.优化结果表明:基于多目标优化镟修模型,可以使得磨耗后的车轮不必镟修到标准型面就可以达到接近于标准型面时的综合性能,并且减少了车轮外形的镟修量,延长了车轮的使用寿命.     

NGW型行星齿轮传动分级优化设计方法研究

采用分级优化技术对NGW型行星齿轮传动的参数进行选取,构建其二级优化的数学模型,包括以模数、齿数和齿宽为设计变量,体积最小为优化目标的第一级优化模型,以及以提高啮合性能为目标的选取变位系数的二级优化模型.使其在保证预定承载能力的前提下,达到整体体积最小和啮合性能最佳的双重优化目的,并通过实例验证了该优化方法的有效性.     

基础振动下电磁换向阀设计方法

针对工程机械工作过程中产生的强振动引起电磁换向阀阀芯瞬态液动力和电磁力变化,进而影响电磁换向阀压力-流量特性和换向时间的问题,建立基础振动下电磁换向阀的动力学仿真模型,并通过实验验证模型的正确性。运用多目标遗传算法对振动环境下电磁换向阀的主要结构参数进行优化设计。研究结果表明:阀的最佳设计参数是阀芯质量为0.005 kg,阻尼系数为22.03 N·s/m,弹簧刚度为2 384.8 N·m;优化后,基础振动下电磁换向阀流量波动失效区域降低80%,流量降低区域全部消失,换向时间延长区域降低62%。该研究可为基础振动下电磁换向阀的选型和设计提供依据。     

非线性油气悬架的矿用自卸车纵倾性能优化

由于矿用自卸车的悬架结构形式特殊,研究车辆抗制动纵倾性的传统分析方法并不适用于解决其“制动点头”问题.鉴于此,本文以中性面和力矩中心为基点,进行悬架平跳试验仿真和整车直线制动仿真,得到了车轮着地点运动轨迹、悬架纵向角刚度等相关参数,进而得到了整车的纵向稳定性系数.并以其为目标函数,以悬架参数为优化变量,对矿用自卸车纵倾性进行优化.优化后的仿真结果表明,悬架的纵向稳定性系数提高了19.04％,前悬架的点头量和车身俯仰角则分别减小了18.23％和15.25％.该矿用车自卸车的“制动点头”现象得到明显改善.     

多路阀阀芯拓扑形态设计的流量数参数模型

为避免多路阀阀芯拓扑形态设计中满足多种复杂载荷条件的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真的庞大计算量,提出了多路阀阀芯拓扑形态设计的流量数参数模型。由于多路阀常处于饱和流量状态,故假设流量系数仅与阀芯拓扑形态和阀芯位移有关,用流量数作为表达节流槽流量控制特性的参数。首先,通过有限变量空间中的CFD仿真样本,运用统计学方法建立不同节流槽结构的流量数参数模型。然后,通过线性叠加得到阀口的流量数参数模型。最后,以20吨级液压挖掘机多路阀为研究对象,使用流量数参数模型实现了一定载荷特征与性能要求下的多路阀节流结构定制化设计。研究结果表明,流量数参数模型对复杂载荷条件下多路阀阀芯拓扑形态设计具有良好的设计精度与简便性。     

有机工质透平膨胀机喷嘴的响应面分析优化

为了提高有机工质膨胀机的性能,建立了喷嘴型线优化设计平台,并以喷嘴叶片损失系数为性能指标、以喷嘴型线5个控制点的距离参数为设计变量进行了有机透平膨胀机喷嘴的试验设计。采用响应面方法分析了叶片损失系数随型线控制点的变化,揭示了叶片损失系数对喷嘴型线变化的敏感性。研究结果表明:叶片压力面后段、叶片压力面中部、叶片吸力面后段均存在最佳型线,使喷嘴的叶片损失系数较小;在喷嘴的设计过程中,减小喷嘴前段和中段的厚度,可以有效降低喷嘴损失系数;叶片吸力面中段型线的改变对叶片损失系数的影响较大,叶片压力面中段型线的变化对喷嘴损失系数的影响最小。相对于原型喷嘴,采用最优喷嘴型线后叶片损失系数下降了10%。该研究不仅获得了使叶片损失系数较小的喷嘴型线,还能揭示影响喷嘴性能指标的关键因素。     

曲肘式机构的优化设计

以功效系数为目标函数,相应地确定了设计变量和约束函数,对塑料注塑机合模机构的参数进行优化计算,提高了机构的综合性能。     

面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价

针对开环条件下液压多路阀结构拓扑需满足多种工况下性能复合的流固耦合设计难题,本研究提出了面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价方法.以液压挖掘机多路阀回转联为对象,将阀芯换向过渡过程分为微动、比例调速以及全开口节流3个开启区段.设定其阀芯节流槽结构参数为变量,分别以3个开启区段的性能为评价目标,构建了面向多路阀结构拓扑设计的多工况综合性能评价的多目标优化设计模型.在验证多路阀流场仿真结果与其台架实验结果基本一致的基础上,对上述优化模型计算结果进行仿真.结果表明,优化所得结构拓扑形态对应的稳态综合性能得到明显改善,说明本方法对于此类复杂工况条件下多路阀结构拓扑设计问题具有参考价值.     

基于多种群遗传算法的水下吸声覆盖层结构参数优化设计

采用传递函数法导出含有渐变空腔的吸声覆盖层的声压插入损失,利用吸声覆盖层结构的声学特性,对吸声覆盖层的吸声系数进行计算。分析计算结果,探讨吸声覆盖层的不同结构参数对吸声系数的影响。以吸声覆盖层的反射系数为优化目标,对空腔的几何尺寸和吸声覆盖层的厚度参数设计提出优化方法。基于吸声覆盖层结构的数学模型,同时利用多种群遗传算法对消声层结构进行多参数优化设计研究。结果表明,在同等设计条件下,优化后吸声覆盖层的吸声系数得到了明显提高。该方法对水下吸声覆盖层的吸声效果的提高具有一定的理论与现实意义。     

基于火积的乏风催化装置换热器网络优化

以自主设计组装的乏风瓦斯预热直流催化装置预热系统为研究对象，基于热力学定律与火积分析理论，建立系统换热器网络热导系数模型，研究特定参数范围内最高运行温度、循环温差变化对换热器网络热导系数的影响。结果表明：当总热导系数大于某值时，随着最高运行温度的升高和循环温差的降低，总热导系数大幅下降；当总热导系数小于该值时，参数变化对其影响不再明显。鉴于此提出阈值优化概念，以一级预热系统为例，对比原设计值，采用阈值优化值作为设计参数时系统换热器网络对应总热导系数下降20.2%，热容流下降23.9%；对比以最小总热导系数为目标的优化，阈值优化能结合系统实际运行需求，以增加12.5%总热导系数换取热容流下降39.1%。     

基于分期设权理想点法的水文模型参数多目标优化

针对水文模型参数多目标优化问题中计算复杂且多目标之间存在相互矛盾的问题,提出了基于分期设权理想点法的水文模型参数多目标优化方法.以ABCD水文模型为月径流预报模型,构建径流总水量误差、平均相对误差、高水流量纳什效率系数和低水流量纳什效率系数4种目标函数,采用分期设权理想点法将多目标函数转化为单目标,并采用粒子群优化算法...     

基于响应面法的直齿轮冷挤压工艺多目标优化

针对某型大模数行星直齿轮在精锻成形工艺中成形载荷大、齿形塌角大及弹性回复影响齿形精度等问题,提出一种新型约束分流正冷挤压工艺.以降低成形载荷、减小轴向塌角长度及取得弹性回复量较小的齿轮为优化目标,以凹模入模角、毛坯直径系数、摩擦系数和模具挤压速度为优化变量,借助正交实验设计与Design-Expert V8软件进行响应面拟合建模分析,得到成形载荷及塌角长度的二阶响应面模型和弹性回复的线性模型,同时借助该软件进行多目标优化,得到最佳工艺参数组合,即入模角为67°,直径系数为1.15,摩擦系数为0.06,模具下压速度为52mm/s.有限元模拟和生产实践结果表明:优化后的工艺参数组合能生产得到弹性回复较小、表面质量好的行星直齿轮冷挤压件,并能有效减小塌角、降低成形载荷.     

基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化设计

以获取动车组水箱最佳结构参数组合为目的,结合双向流固耦合分析,采用拉丁超立方抽样生成试验设计样本点,构建了动车组水箱的响应面近似模型,通过拟合优度验证了该响应面的准确性。最后运用多目标遗传算法寻找水箱结构参数优化设计的Pareto最优解前沿,以此提出优化策略。研究结果表明,基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化方法,有效克服了水箱结构总体性能方案设计时重复性和经验依赖的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据,为其他复杂模型的设计优化问题提供设计参考及解决方案。     

改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法

针对螺旋锥齿轮传统加工参数反调过程中存在的多个加工参数之间的耦合作用难以控制、求解的反调量无实际意义等问题,提出了改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正计算方法。该方法考虑精确齿面几何形貌与齿面接触性能的协调优化,建立了螺旋锥齿轮形性协同制造的多目标反调优化(MOO)模型,计算了接触点位置处齿面误差对加工参数的敏感性系数;根据敏感性系数求得对齿面误差影响较大的加工参数的反调修正量;利用加工参数反调量,通过加载接触分析(LTCA)计算得到齿面加载接触性能评价项,减少了多个加工参数之间不必要的耦合作用对齿面接触性能的影响。计算结果表明:与不考虑敏感性系数的参数反调方法相比,该方法求解的齿面ease-off的最大值和最小值均至少减小2μm,且齿面接触性能评价项都满足给定的要求,进一步证明了该方法的可靠性与实用性。     

改进离散型遗传算法在离心泵性能优化中的应用

针对离心泵性能优化中设计参数多且优化周期长的问题,提出了适用于离散变量优化的改进遗传算法．以泵效率为优化目标,选取叶轮6个设计参数,采用拉丁超立方设计方法创建90组设计样本,用响应面模型对泵效率和设计参数进行拟合．通过改进的离散型遗传算法对其进行寻优,得到叶轮最优设计参数组合．结果表明：响应面模型能够准确反映效率和叶轮设计参数之间的关系,设计工况下预测值与数值模拟的偏差为0.82%;优化后泵效率在0.6Q_d,1.0Q_d和1.4Q_d下的增幅分别为7.05%,5.98%和1.90%,且输入功率显著降低;优化后叶轮和蜗壳内部的流动损失面积明显减小,整体流动损失显著降低．参数敏感性分析表明：叶片出口安放角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度和叶片包角对泵性能的影响较大．     

多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型

针对多路阀设计中阀芯节流槽结构的拓扑形态表达和其流固耦合响应的大组合、大自由度解析问题,提出多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型。在利用多路阀动态特性台架实验验证其三维流体解析结果的基础上,将节流槽拓扑结构分类为由半圆槽、U型槽、圆孔等结构的参数化组合构成,通过正交实验法得到各参数组合条件下的多路阀三维流体解析响应,作为反向传播神经网络的训练样本,实现其节流槽拓扑结构组合的神经网络表达;采用进化神经网络优化训练过程的初始权重和阈值,优化后的神经网络能够对非训练样本集合的多路阀三维流体解析响应实现准确预测。研究结果表明,此模型为阀芯节流槽结构设计中拓扑形态表达提供了一种新的思路,对多路阀数字化设计具有实际意义。     

多参数变弯度翼型气动优化设计方法

为了获得机翼最优的气动外形,提出了一种多偏转参数与非均匀B样条结合的翼型前后缘连续偏转变形规律。以NACA3412翼型为研究实例,对翼型曲线进行参数化重构。以翼型前、后缘偏转位置和偏转角度为变化参数,模拟分析了不同变形状态对翼型气动特性的影响规律。以翼型升力系数和升阻比为优化目标,以前、后缘的偏转角度、偏转位置以及过渡段长度等六个偏转参数为设计变量,采用多目标遗传算法和ANSYS软件进行优化设计。结果表明,与基础翼型相比,优化后的变弯度翼型的升阻比提升约19.26%,升力提升约44.43%,明显改善了翼型的气动性能。