复合材料定向管轻量化设计

为了获得性能好质量轻的定向管,建立了以质量最小为目标函数,以刚强度要求为约束条件,以复合材料的铺层厚度和缠绕角为优化设计变量的复合材料定向管优化数学模型.应用Python语言实现ABAQUS的二次开发,得到了复合材料定向管的参数化有限元模型.选用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化策略,基于iSIGHT优化平台建立了定向管动力学优化求解框架.优化后的复合材料定向管刚强度满足设计要求,质量减小21.9%.     

高速永磁同步电机轴连接方案优化设计

以某型高速永磁同步电机轴为模型,从分析其载荷入手,对以过盈配合为主、销钉连接为辅的电机轴连接优化方案,通过理论计算和有限元分析两种方法进行了验证。该连接方案不仅能够满足电机轴传动和强度要求,易加工、成本低,而且能够为功率相近的其他类型传动轴连接提供参考。     

车用燃料电池空压机高速高温转子结构强度分析

针对燃料电池空压机转子设计中存在结构强度和温升破坏风险，通过有限元建模仿真方法，剖析了护套与永磁体间过盈量、护套厚度以及转轴空心孔内径等关键参数对转子受力的影响。结果表明，增加过盈量和护套厚度有利于提升转子强度；同时增大护套厚度并减小空心孔半径有利于转子最高许用工作温度提升；护套和永磁体的应力极值主要受最高温度的影响。     

燃料电池车用超高速空压机永磁体结构强度研究

针对大功率燃料电池系统高速空压机转子永磁体离心拉应力破坏,采用解析法计算了额定转速时护套与永磁体间过盈量的大小及应力,采用有限元方法建立二维轴对称模型,计算了永磁体和护套内的应力分布,对比解析法与有限元方法的准确性.基于有限元法研究了温升和护套材料对永磁体应力的影响,结果表明,解析法和有限元法计算的各应力的相对误差不超过2.5％,而影响因素中转速和温升均会造成永磁体应力的显著提升,需要增大过盈量对转子永磁体保护.碳纤维护套相比合金护套可以至少降低42.1％的永磁体应力,且在高温工况下的效果更为显著.降低转速、增大装配过盈量以及改善转子冷却均能有效优化结构强度,而复合材料护套相比钢护套更适用于保护永磁体.     

基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化

漏磁系数是永磁电机的一个重要参数,它标志着磁路设计的合理性和永磁体的利用率.本文将正交设计、支持向量机以及粒子群智能优化算法相结合,提出一种横磁通永磁电机漏磁优化设计方法.首先,在基于标量磁位求解的三维有限元模型基础上,确定对空载漏磁系数敏感度较高的设计参数;其次,通过正交试验建立参数样本空间,并运用固定尺度最小二乘支持向量机实现电机漏磁系数的非线性回归建模,为电机优化所需的大规模迭代运算提供高效的计算模型;最后利用粒子群算法进行以空载漏磁系数最小为目标的寻优操作,并得到最优方案.对一台30kW聚磁式横磁通永磁同步电机进行参数优化,结果表明在满足输出转矩要求的约束条件下降低了漏磁,充分证明了建模和优化设计的正确性和工程实用价值.     

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.     

计及转子护套与永磁体机械强度的高速永磁同步电机多物理场研究

针对高速永磁同步电机的永磁体与护套在高速工况下受到较大的离心力,可能会发生永磁体断裂,护套形变过大等导致电机故障的问题.以200kW、15 000r/min高速永磁同步电动机为例,针对表贴式,轴径向分块式永磁体与奥氏体不锈钢护套配合设计的结构,建立了高速永磁同步电机的机械应力场的数学模型,研究了额定转速15 000r/min时高速永磁同步电动机的护套和永磁体应力的分布规律,并确定了护套和永磁体应力的安全阀值.在此基础上,建立了瞬态电磁场对电机的损耗进行了理论计算,将理论值代入到三维稳态温度场中,确定了不同护套厚度对电机内的定转子温度分布的影响,并进行了实验验证,结果表明:高速永磁同步电机设计中,奥氏体不锈钢护套厚度的选择需要综合考虑其电磁损耗、温升变化与应力安全的影响.     

基于ANSYS对发动机连杆的有限元分析

连杆是发动机重要组成部分,因其质量较大,受力复杂,易引起连杆变形而导致失效。针对这一情况,在合理简化模型的前提下,利用ANSYS有限元软件建立连杆模型,在满足强度、刚度和稳定性的同时,将优化设计和有限元计算相结合,建立以连杆的最小质量为目标函数的优化方法,对连杆进行结构优化分析。优化后,连杆质量、最大应力和变形量均有减少,不仅节约材料,而且发动机寿命有所增加,为发动机的连杆结构尺寸优化改进提供一定理论依据。     

多齿型定子的开关磁通永磁电机设计与仿真

提出了一种多齿型定子铁芯结构的开关磁通永磁电机,并建立电机参数化模型。以电机定/转子之间间隙、永磁体厚度、定子齿宽等参数作为分析变量,基于有限元分析软件对多齿型开关磁通永磁电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行分析,为直驱型纯电动汽车所用电机的设计及优化提供参考。     

基于刚度链的纯电动汽车车身主断面优化设计

基于梁单元车身简化几何模型建立以主断面为节点的车身静态和动态刚度链数学模型,研究电动车车身主断面属性与刚度以及模态的关系;以车身刚度、模态为约束条件,以车身质量最小为目标函数进行多目标优化,并利用遗传算法求解,得到同时满足静态刚度和频率特性要求的电动汽车车身主断面属性参数。建立对应的车身骨架有限元模型计算刚度及模态,并与刚度链优化结果进行对比分析。对比分析结果验证了本文研究方法的合理性和有效性。     

高速永磁电机转子关键性能研究

从电磁和机械两方面综合考虑,基于弹性力学理论,运用有限元分析方法建立护套和永磁体应力计算模型,计算永磁体和护套的基本尺寸和过盈量.并利用轴对称的有限元模型推算出转子系统的动力学方程,进而通过有限元仿真分析了转子临界转速和振动模态以及刚度对临界转速的影响.     

量子遗传算法在永磁同步轮毂电机优化设计中的应用

量子遗传算法具有种群规模小而不影响算法性能、收敛速度快和全局搜索能力强等优点。为了获得高功率密度和低成本的电动车用轮毂电机,基于量子遗传算法,针对研究设计的一种外转子永磁同步轮毂电机,以电机有效质量、材料成本和功率损耗为优化目标,建立了包含8个设计变量和5个约束的数学模型,对电机进行优化设计。研究结果表明:永磁同步轮毂电机有效质量、材料成本和功率损耗降低,效率特性提升,有限元分析结果与量子遗传算法计算结果接近,能满足电动车对驱动轮毂电机的使用要求,因此,量子遗传算法对于轮毂电机优化设计是有效可行的。     

近室温下圆翅热管翅片结构的遗传算法优化

阐明了采用热管作为空调系统的热回收装置具有巨大的节能意义.分析了近室温下的圆翅热管传热模型.以单位温差、单位换热量下的热管翅片体积最小为目标函数,建立了热管翅片高度、间距、厚度等结构参数的函数关系式.利用遗传算法对目标函数进行了优化,计算结果表明了遗传算法的有效性.     

5MW直驱永磁风力发电机的电磁设计与计算

5 MW直驱永磁风力发电机为大容量永磁发电机,在进行电磁设计时需考虑到其独特性.阐述了该电机主要尺寸、极槽数和永磁体尺寸的确定方法,同时给出了主要电磁参数的磁路法计算结果.由于磁路计算无法得到电机的准确运行参数和运行特性,对电机进行了电磁场有限元计算,并论述了不同运行情况时的计算方法.有限元计算结果表明电机电磁设计合理,电磁性能满足额定要求.     

导热管与电机转子过盈联接有限元分析及优化

将导热管安装于电机转子中对转子进行散热,可提高电机的输出效率,而导热管与转子内孔的紧密接触是导热散热的关键因素.通过建立导热管与转子过盈联接的有限元模型,分析过盈量、摩擦因数以及配合长度对导热管与电机转子过盈联接静态和动态性能的影响.结果表明,过盈量和配合长度对结构的静态和动态力学性能影响较大.在有限元分析的基础上,对导热管与电机转子过盈联接最大法向接触应力进行多目标优化,得出导热管与转子最大法向接触应力最小的接触状态,以提高导热管与转子配合的可靠性以及转子轴的寿命.     

复合材料定向管刚度优化设计

为了减小火箭发射时的起始扰动,该文对复合材料定向管的刚度进行了优化设计.建立了复合材料定向管的有限元参数化计算模型.采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化策略.将复合材料定向管有限元参数化模态计算模型集成在多学科优化设计软件iSIGHT中,实现了优化流程自动进行.以定向管支撑约束位置为设计变量,以定向管基频最大值为目标函数,对定向管刚度进行了优化设计.计算结果表明:优化设计结果使复合材料定向管的一阶固有频率提高了29％,有效减小了火箭发射时定向管口的起始振动.     

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。     

内置式Halbach永磁同步电机的参数敏感度分层优化设计

针对内置式永磁同步电机齿槽转矩和转矩脉动大引起的振动噪声问题,提出一种转子开辅助槽的内置式Halbach永磁同步电机结构。首先,计算电机电磁转矩、气隙磁密、齿槽转矩的解析函数,并建立电机仿真模型。其次,利用参数敏感度和中心复合设计响应面相结合的分析方法对电机结构参数进行分层优化,两层分别采用最大最小蚁群算法和参数扫描法寻优。最后,将优化后的结构与相同永磁体体积的普通V型、倒三角型和倒三角开槽型3种电机的电磁性能进行对比。结果表明：所提出的内置式Halbach开槽型永磁同步电机在不损失电磁转矩的基础上,大幅度降低了齿槽转矩,抑制了转矩脉动,改善了气隙磁密和反电势波形的正弦度,有效提升了电机的电磁性能。     

基于遗传算法的层合板结构的可靠性优化设计

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题．优化设计时，以层合板结构的厚度最小为目标函数，以可靠度要求为约束条件．在可靠度分析中，取初始缺陷、强度参数、单元层的厚度为随机变量，采用一阶矩法和Tsai-Wu准则分析每个单元层的失效概率，系统失效概率的计算基于串联系统假定．通过比较遗传算法与序列二次规划法的计算结果，证实了遗传算法用于可靠性优化设计的有效性．     

新型空心火车车轴重要结构参数有限元分析

利用有限元方法对时速250km／h高速火车新型空心车轴重要参数进行了分析，确定了轮轴压装过盈量，以及内孔径取值最佳范围，通过模态分析得出轮对自振频率。说明其具有足够的强度和刚度，可以满足高速运行的要求。