充气式海上围栏系统中气囊单元对冲击小艇拦截仿真分析

充气式海上围栏系统是一种易于部署和安装的低成本港口安全防护系统.为了分析充气式海上围栏系统对冲击小艇的拦截效果,促进高效率设计,建立了充气式海上围栏系统中气囊单元和小艇的有限元模型,并基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对小艇撞击充气式海上围栏系统过程进行数值模拟.设置小艇以10、20、30 m/s的初速度垂直撞击气囊中部这3种典型拦截场景,通过数值模拟,从碰撞前后的小艇速度、加速度、单元失效比、能量转化等碰撞特性分析充气式海上围栏系统对小艇的拦截效果.仿真结果表明,在3种场景下充气式海上围栏系统都具有良好的拦截效果,小艇前进方向速度分别降至2.02、4.20、4.45 m/s,小艇最大加速度分别达到70.56、121.43、189.29 m/s²,小艇单元失效比分别为0%、12.1%、20.6%.所提方法可为港口安全防护系统的设计提供一定参考.     

基于ALE算法的隧道开挖爆破振动特性数值分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件,分析隧道开挖过程中爆破振动对围岩及初期支护的影响.为了使数值模拟能够真正反映实际情况,采用更精确合理的爆炸数值计算方法:利用软件内置炸药模块和状态方程模拟爆破荷载的作用,并采用ALE算法模拟炸药与岩石之间的接触关系.在ALE算法中,为防止爆炸过程中网格的过分畸变给结果带来不利影响,将炸药定义成流体.分析结果表明:应力、速度均在爆炸发生的极短时间内达到峰值,而后迅速衰减,10ms后达到稳定状态.上台阶爆破在围岩拱顶处产生的水平振速峰值为下台阶爆破的6倍左右,在拱脚位置约为0.88倍;上台阶爆破在围岩拱顶处产生的竖直振速峰值为下台阶爆破的8倍左右.下台阶爆破在围岩拱顶处产生的应力峰值是上台阶爆破的1/5,在拱脚处相差不大;同一位置,初期支护结构质点振速峰值与单元应力峰值均比围岩大.     

基于ALE算法的水射流破土特性

为探究水射流破土过程中射流参数对破土特性的影响,通过ALE流固耦合算法建立了淹没状态下水射流破土的数值模型,开展水射流破土的室内试验验证了数值计算结果的准确性。基于数值模型分析不同射流速度和靶距下冲蚀深度与体积的变化特征,探讨射流参数对破土特性的影响机制。研究结果表明：水射流破土形成的冲蚀深度随着射流速度的增大而逐渐变大,且随着射流时间的增加会呈现线性增长、缓慢稳定增长和稳定三个阶段;靶距越大冲蚀深度越小,但冲蚀体积受射流速度的影响较大,在低速时冲蚀体积随靶距的减小而增大,而在高速时冲蚀体积则会先减小后增大再减小;基于试验结果分析敏感性可知射流速度对冲蚀深度与体积的影响程度要大于靶距。     

基于正交试验的座椅靠背气囊对乘员保护的优化

在汽车正面碰撞事故中,对于后排乘员的保护尤为重要.为了减小正碰时后排乘员的损伤,使用LS-PREPOST软件建立了后排乘员约束系统和前排座椅简化模型,以50百分位HybridⅢ男性假人代替后排乘员,仿真分析驾驶员座椅靠背气囊对后排乘员的保护效果.在初始建立的简化模型基础上,对各因素进行灵敏度分析,选定气囊放置角度、前排座椅靠背倾角和气囊泄气孔面积作为进一步优化的因素;为分析不同工况下乘员的损伤,选取各因素的水平并采用正交试验优化,以加权伤害准则WIC(weighted injury criterion)作为评估标准,使用极差法推出最优方案.对比分析优化前后的假人损伤数据可知,头部损伤指标HIC(head injury criteria)下降21.15％,WIC下降20.39％,证明靠背气囊对后排乘员的安全保护效果显著.     

海上稠油油藏蒸汽吞吐注采参数正交优化设计

以渤海油田某稠油油藏为典型区块,根据海上油田特点建立基础方案,运用正交试验设计和数值模拟方法对该区块蒸汽吞吐过程中的注汽强度、注汽速度、井底蒸汽干度、蒸汽温度、焖井时间和产液速度进行研究,并采用直观分析法和方差分析法对试验结果进行分析。结果表明,该区块蒸汽吞吐的最优生产方案为注汽强度为20t/m,注汽速度为250m3/d,井底蒸汽干度为0.5,蒸汽温度为340℃,焖井时间为5d,产液速度为200m3/d,并得到了各注采参数对开发效果的影响程度大小依次为注汽强度井底蒸汽干度产液速度注汽速度蒸汽温度焖井时间。该结果对于海上矿场蒸汽吞吐注采参数的优化具有一定的指导意义。     

基于ALE算法的水射流冲击不规则靶体 冲击压力特征

水射流冲击压力是评判其能否有效破碎物料的力学判据,然不同形状的靶体对射流冲击压力影响较大.基于Arbitrary Lagrangian-Eulerian算法,数值研究了水射流冲击凸面、斜面、平面与凹面钢板过程中的冲击压力特征.研究结果表明:(1)水射流只有在冲击斜面与平面时,其冲击压力才会出现典型的水锤压力阶段与滞止压力阶段,当冲击凹面时出现双峰值特征,而冲击凸面时出现多峰值特征;(2)水射流冲击不同形状的钢板靶体时,水锤压力峰值与射流速度呈二次方关系,水锤压力持续时间与射流速度呈指数关系;(3)在相同的射流速度下,凹面靶体所受水锤压力峰值最大、持续时间最长,凸面靶体所受水锤压力峰值最小、持续时间最短,斜面与平面靶体介于二者之间.     

基于正交试验的儿童安全座椅约束系统参数的优化设计

轿车内儿童乘员在正面碰撞中是最容易受伤的群体。儿童乘员约束系统的优化对于保护儿童有重要意义。在正交试验设计原理的指导下,利用MADYMO软件,按照美国FMVSS 213和欧洲ECE R44法规要求进行模拟仿真。对单因素进行分析,再通过正交试验的方法进行优化,得到了最佳的优化方案。实现了对该儿童乘员约束系统较全面可靠的评价。     

基于改进灰狼算法的混合发电系统优化设计

风光柴蓄混合发电系统的容量配置是系统优化设计中重要内容。针对基本灰狼算法在进化后期由于种群多样性的缺失而易于出现局部收敛或算法早熟的问题,提出一种具有全局寻优性能的改进灰狼优化算法(Improved Gray Wolf Optimization, IGWO)降低风光柴蓄混合发电系统的运行成本。引入收敛因子设置非线性调整策略来调节算法的全局探索与局部开发之间的平衡从而提高算法的收敛性;同时为了提高算法的全局寻优能力,通过柯西变异算子减少算法早熟收敛的概率。分析了风光蓄柴混合发电系统各发电单元特性,建立起以年均化系统成本最小化为目标的混合发电系统容量优化配置模型。分析优化结果,该改进灰狼优化算法能够有效对目标函数求解,从而证明了该算法的有效性和实用性。     

基于超声波测距的无人机自动保护气囊系统

根据超声波测距的原理,设计出一种小型无人机自动保护气囊系统.通过超声波感应技术,自动检测障碍物与机体之间的距离,当距离处于边界值时,系统自动认定无人机处于失控坠机状态,关闭无人机螺旋桨动力,同时打开激发装置,导通舵机电路,瞬间顶破装有CO2气瓶的薄金属膜通过导管气体进入气囊,进而包裹住坠机和机载设备,避免与地面直接撞击,达到保护目的.     

基于平均压强一致性原则的大尺寸气囊工具头优化设计

根据超大口径光学元件的加工需求,设计一种适应1～2m口径光学元件抛光的气囊工具头.建立了气囊工具头受载的有限元仿真模型,并以常用的球冠半径为80 m m的气囊工具头的静态加载实验验证了仿真模型的可靠性.基于平均压强一致性原则和仿真模型设计了球冠半径为320 m m的大尺寸气囊工具头,优化设计得到球冠内外橡胶层厚度分别为...     

可调节气囊提高航空薄壁件加工精度的研究

以前机匣为典型零件,提出了提高航空薄壁件加工精度的可调节压力气囊支撑系统.系统采用正交分析法,对薄壁件进行切削有限元仿真,分析比较了薄壁件在不同工装参数下的切削变形,并研究切削点变形随工装参数的变化趋势.由此对薄壁件工装进行优化,优化后因工装参数引起的误差可减小60%以上,直接对航空薄壁件加工提出指导性意见.在优化的工装基础上,提出了使用可调节压力气囊作为支撑,根据切削点的变形情况使用不同压力的气囊,装夹变形可在优化后基础上再次减小40%以上,从而减小让刀变形、控制薄壁件的加工精度.     

大规模海上风电场内部电气汇集系统设计方案经济性优化

为解决大规模远距离海上风力发电技术的汇集送出时成本过高等经济性的问题,本文通过对海上风电场汇集系统的组成和特征以及汇集系统的经济性组成因素进行分析,以投资成本最低为目标,建立汇集系统经济性数学模型。在此模型基础上,提出了一种经济性优化组合算法。对风机排布采用放射型模糊聚类算法RFCM（Radial Fuzzy C-Means）,进行模糊聚类分片,并将聚类片区得出的风电机群的海底电缆分布路径采用Prim最小生成树算法进行优化找出电缆连接最小路径,得出最经济性的分布拓扑。结果表明,此组合算法解决了穷举法优化拓扑结构的维数灾问题,为简洁快速的解决大型海上风电场汇集系统经济性优化问题提供了支撑。最后对山东半岛北风电场实例进行该组合优化算法的算例分析,证明该组合优化算法的有效性。     

基于RFID技术的电子围栏内施工人员行为预判与告警算法

在电子围栏内施工人员行为预判与告警研究中,面对不确定的行为信息,常见的告警算法存在大量时隙分配冲突,导致算法的自适应性较差。为此,提出基于射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术的电子围栏内施工人员行为预判与告警算法。通过远程通信和RFID读写器实时读取施工人员的位置信息和行为信息,将逻辑运算符与时间约束运算符相结合预判施工人员行为,在预判到危险行为后,产生相应的告警信息,设计防冲突算法,将告警信息传递到对应的电子标签上,实现对施工人员的告警。实验结果表明：面对不确定的行为信息,设计的告警算法对施工人员行为信息识别水平高,在时隙分配中未发生冲突事件,且分配成功率在99%以上,其自适应性得到提升。     

基于三次修正Jensen尾流模型的海上风电场布局优化

目前修正的Jensen尾流模型均没有同时修正尾流初始半径和尾流初始风速，无法准确预测海上风电场的实际尾流风速。本文基于二次修正Jensen尾流模型基础上，提出三次修正Jensen尾流模型，并通过海上风电场风洞实验数据验证该修正尾流模型的正确性。其次，考虑全尾流及部分尾流面积，将该三次修正Jensen尾流模型应用到海上风电场的布局优化中，以风力机的坐标及数量为优化变量，以度电成本为优化目标函数，并利用樽海鞘算法对海上风电场的风力机布局进行优化设计。优化结果表明：对比采用改进Jensen模型指导风电场布局，采用三次修正Jensen模型时，风电场的布局更加均匀；对比考虑全尾流的布局，当考虑部分尾流布局时，度电成本降低了2.16%。     

基于GT-power的消声器优化设计

为了寻求一种更简单有效的消声器设计方法,以某一型号发动机为例,将传统的消声器设计理论与GT-power仿真软件相结合,构建了基于GT-power的消声器优化设计流程.利用GT-power软件的声学和流体仿真功能对各消声器结构方案进行仿真分析,通过比较消声器的插入损失和压力损失,得出较优方案,然后再对特定方案进行正交试验以获取最优参数组合,并以试验进行验证.结果表明,优化后的消声器的消声量增加了约12dB.     

基于正交试验设计的粒子群优化算法

针对粒子群优化(particle swarmopti mization,PSO)算法在进化初期收敛速度快但容易陷入局部最优、在进化后期收敛速度变慢且精度低的缺陷,为了提高粒子群算法的收敛速度和全局寻优能力,提出了基于正交试验设计的粒子群优化(orthogonal-experi mental-design-based PSO)算法.在基本粒子群算法的基础上,算法OE-PSO对当前搜索到的解进行局部寻优,利用正交试验设计对搜索空间的分布均匀性在可行解的领域选择有代表性的解进行测试.算法OE-PSO用搜索到的更好的解在下一次迭代中引导粒子进行搜索,从而获得更快的收敛速度和更精确的解,同时避免局部最优.实验结果表明,算法OE-PSO不但具有较快的收敛速度,而且能够有效提高解的精确性,增强算法的鲁棒性.     

基于神经网络-遗传算法的悬臂梁支架系统的优化设计

综合利用有限元方法、正交试验设计法、人工神经网络以及遗传算法对悬臂梁支架系统进行优化设计.试验分析表明,优化后的悬臂梁自由端变形减小,悬臂梁整体基频提高,减少了悬臂梁的弯曲振动,增强其稳定性,达到优化目的.     

基于系统动力学的海上交通应急救援效能分析

随着海上交通的日益频繁,海上交通突发事件的发生频率也在不断增加,应急救援工作越来越受到重视.为了提升应急救援效能,以海上交通突发事件的实际救援过程为切入点,从信息感知、协同研判、方案决策、救援行动4个维度构建海上交通应急救援效能影响因素指标体系,通过层次熵分法对指标权重进行赋值,建立海上交通应急救援效能的系统动力学(s...     

基于遗传算法的独立悬架与转向系统匹配优化设计

针对汽车上的两个重要组成部分转向系统和悬架系统之间在实际运动中所存在的干涉问题,文中以某款商务车为研究对象,分析了悬架系统与转向系统理想匹配的要求,建立了目标函数、设计变量和约束条件.基于遗传算法,运用MATLAB软件编写了仿真程序,通过比较优化前后仿真结果,可得出优化后的结果明显好于优化前,和传统的设计方法相比,这种方法提高了精度和效率.     

基于组合优化策略的虹吸整流装置优化研究

提出一种将粒子群算法与正交试验法相结合的组合优化策略.首先,基于粒子群算法对整流器内流道结构进行优化;然后,采用正交试验法对整流器整体结构参数进行优化设计.结果表明:经过优化的单内流道水头损失降至0.170 6 mm,扩散段处涡的数量与回流现象明显减少;整流器整体结构的最佳方案使水头损失降至1.572 4m.主次分析表明:对水头损失影响最大的因素为内流道的分布方式,采用Laws分布可使收集段处截面的速度均匀度提高至90.2%,相较原设计均有较大改善,该组合优化策略可以提高潜水式整流器性能.