基于Kriging代理模型的船舶水动力性能多目标快速协同优化

引入Kriging代理模型,对船舶兴波阻力、垂荡和纵摇运动幅值进行了多目标快速优化.优化过程中,以Rankine源非线性势流理论和三维频域面元法为基础,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)并结合船体曲面修改函数对船体型线进行多目标优化设计,将高精度Kriging代理模型引入到优化进程中以解决迭代造成的耗时难题.数值分析结果表明:该优化方法能够使船型最优,在设计吃水、服务航速下有效减少航行阻力并提高耐波性能,且Kriging代理模型方法可以大幅提高船型优化效率.最后,基于雷诺平均(RANS)方程的计算流体动力学(CFD)方法对模型尺度λ为31.599的最优船型的阻力结果进行了对比验证,以证明优化结果的可靠性.     

代理模型参数率定方法在TOPKAPI模型中的应用

为提高复杂水文模型参数优化效率,通过Morris参数敏感性分析确定敏感参数,随后将多目标自适应代理模型优化(MO-ASMO)算法应用在TOPKAPI模型的参数率定中,通过最小欧几里得距离筛选Pareto解集中的相对最优解,从解集分布和每场洪水模拟效果两个维度与传统多目标优化方法NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ进行比较。结果表明：在相同模型运行次数下,MO-ASMO相较于NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ具有更优的Pareto前沿;无论是率定期还是验证期,MO-ASMO算法的评价指标均表现较好,综合表现优于NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ算法,MO-ASMO算法有效提升了模型参数优化效率。     

汽轮机GX-1型调节阀流动特性的试验与数值研究

以汽轮机常用的GX-1型调节阀为研究对象，通过在阀座喉部、阀座渐扩段等阀体内各关键部位设置测点，利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统进行多工况和多方位的试验研究，同时利用有限差分方法进行三维可压缩湍流数值模拟．通过理论分析、试验研究和数值模拟深入研究了阀内复杂的流动特性．结果表明，中小压比时阀内气流会出现流型反复交变，阀喉部附近流场最不均匀且不稳定，至使阀门的主要损失集中在喉部附近，而且可能引起气流的脉动．     

基于Kriging代理模型的PX氧化过程优化

基于流程仿真模型的复杂化工过程优化,往往需要较长的优化时间,效率低下,因此提出了用拉丁超立方采样和Kriging建模法构造流程仿真模型的代理模型,建立基于Kriging代理模型的多目标优化策略。将该策略应用于PX氧化反应过程优化,结果表明:所建立的Kriging代理模型的3个目标的输出精度都控制在1%以内,建模精度高。采用改进的多目标粒子群算法对此Kriging代理模型进行优化,不但能收敛到全局最优解,而且与PX流程仿真模型优化相比,优化时间大大减少,提高了优化效率。因此,在满足精度要求的前提下,Kriging代理模型可以代替PX流程仿真模型来进行优化,并具有较高的优化效率。     

电站调节阀阀体结构参数对流阻特性的影响

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立了电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究了调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。研究表明,调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下腔高度>上腔高度>阀体半长>下腔半径>中腔半径,同时再对阀体的入口角度进行优化分析,得到入口角度越小,流阻系数越小。通过正交实验优化和入口角度优化后得到的最优结构,其流阻系数与原结构相比降低了19.45%,且流量特性曲线也更加理想,此研究结果能够为套筒式调节阀的结构优化提供理论支持。     

基于AWE的大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

在ANSYS Workbench集成开发平台环境下,建立大口径闸阀阀体的参数化模型,从安全、经济的角度,就如何改进阀体的结构以减少阀体的应力集中现象,合理优化加强筋结构尺寸和位置进行有限元分析和结构设计,得出阀体最优的结构尺寸,结合最大应力强度敏感性分析,为该类阀体结构的设计提出指导性意见.结果表明,优化后的阀体最大等效应力明显减小、应力分布更加均匀,该研究方法具有较高的效率和精度.     

高调阀模式切换引发轴系振动异常的实验研究

汽轮机高压调节阀在进行单阀/顺序阀模式切换过程中,经常会出现高压转子-轴承系统振动异常增大的问题。通过对实际机组异常过程的相关数据进行分析,发现高压调节阀门切换时振动异常与阀位晃动存在相关性。在实际机组上开展验证实验,通过优化阀门流量特性减小调节过程阀位晃动,可以消除了这一异常问题。     

氢冷器回路调节阀开闭过程流场及噪声特性

为研究某核电站常规岛氢冷器回路调节阀在关闭和开启过程中的流场特性及引发的水力噪声特性，使用计算流体力学方法捕捉流场中的流动细节。通过六面体和四面体混合网格对管道和调节阀流体域进行离散，采用压力基求解器结合半隐格式求解连续性方程和动量守恒方程（N-S方程）得到压力和速度场，使用标准k-ε湍流模型对N-S方程进行封闭。阀门开闭过程由并行化用户自定义函数和动网格方法进行控制，噪声特性通过声学类比模型获得。结果表明，在调节阀的运动过程中，其内部流场具有周期性，调节阀流场水力噪声类型为典型的宽频噪声，且内部噪声水平高于调节阀下游区域约8%；调节阀整体噪声水平随开度的降低逐渐升高，且阀门内外的噪声水平差距逐渐增大。     

大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

利用有限元软件对楔式闸阀阀体强度进行计算和分析,找出应力集中点,以应力集中处的最大等效应力作为目标函数,以阀座凸台处基本尺寸作为设计变量进行优化设计.得到理论最优的结构尺寸,提高阀体的强度,使阀体的应力分布更加均匀.优化前后结果对比表明优化后的阀体最大等效应力减少16.7%,优化后的阀体性能得到较大改善.     

基于NSGAⅡ算法的客车底架的离散拓扑优化

对电动大客车底架利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了拓扑优化,在保证所有梁单元最大应力不超过屈服强度的条件下,以整车扭转刚度和质量作为优化目标,最终得到底架拓扑后的帕累托前沿.对结果进行筛选,得到的拓扑方案扭转刚度与原模型接近,质量降低89kg,占原模型底架的6.4%,拓扑效果显著.     

液压阀阀体内流场的数值分析与可视化

液压滑阀是液压控制系统中控制液压油流动方向和流量的重要元件,阀体内流场特性直接影响阀的工作性能．按照实际使用中的参数,建立了滑阀的三维几何模型,利用CFD软件对其阀体内液体的流动状态进行了仿真分析,其结果对阀体结构的设计和性能优化都有重要的实际意义．     

尺寸限制下的多翼离心风机蜗壳型线设计

为解决切割蜗壳型线造成多翼离心风机气动性能下降的问题,采用七个控制点构成的二次非均匀B样条(NUQBS)曲线表征蜗壳型线的扩张规律,并布置两个相近的控制点满足风机尺寸要求.为减少数值模拟的计算量,利用最优拉丁超立方试验设计方法,对控制点的3个设计变量进行空间采样.用径向基函数(RBF)神经网络模型建立设计变量与优化目标之间的响应关系,使用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对其进行多目标优化.研究结果表明:RBF神经网络模型能准确预测设计变量与风机流量和效率之间的关系;优化后的蜗壳改善了风机内部流动状态,扩大了叶轮的做功范围;与原型机相比,风机的最大流量增大1.12 m~3/min,效率提高4.4%,气动噪声降低1.72 dB.     

调节阀动态稳定性试验之信号处理

以无锡职业技术学院实训部原下属企业无锡智能仪器仪表公司开发生产的调节阀为研究对象,通过在阀座节流断面处、阀芯头部等阀体内各关键部位设置测点,利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统,进行多种工况和多个方位的试验研究,对流场动态压力信号进行采集、处理和分析,探讨由于阀内气体流动引发的阀门工作的稳定性。     

基于多目标优化的某驱动桥壳轻量化设计

为降低某重型自卸车驱动桥壳的质量,对其进行有限元静力学分析,通过解析桥壳结构确定了12个设计参数。利用拉丁超立方抽样法选取60个样本点,根据样本模型有限元分析结果对相关设计参数进行相对灵敏度分析,并构建了桥壳质量、变形、应力、固有频率的Kriging代理模型。以桥壳总成质量和整体最大应力最小化为目标,采用NSGA-II多目标优化算法对所建代理模型进行求解,得到驱动桥壳轻量化设计的最优方案。优化后驱动桥壳质量降低了12.1%,并且桥壳变形、应力和固有频率等性能指标均符合设计要求,验证了所提出的驱动桥壳轻量化设计方法的有效性。     

基于阻力性能船体型线精细优化的CFD方法

根据基于阻力性能的船体型线优化方法的不同，在船舶设计中可以归纳成5个相应水平的优化程序。总结了基于经验或统计公式的船体尺度优化（零水平优化），应用CFD方法分别对裸船体型线、局部船体型线和附体型线进行的精细优化（1，2，3水平优化），以及通过模型试验完成的船体型线的最终优化（4水平优化）的研究成果。所采用的CDF方法分别为用厚边界层近似与积分方法、厚边界层近似与差分法以及部分抛物线近似与差分法求解N－S方程。4水平则是通过包括流场测量信息的模型阻力试验进行最终的型线优化。     

V型调节球阀内部流场分析及空化预测

以某型号的V型调节球阀为研究对象,基于计算流体力学数值模拟的方法,采用Mixture混合相模型和Zwart Gerber Belamri空化模型对V型调节球阀三种不同开度下的内部流场进行分析,得到了其压力场分布和速度场分布.研究了阀内流体流动状况,并对阀内发生空化现象的区域以及空化强度进行了初步的分析和预测.分析结果表明:随着阀门开度的增大,阀内负压区后移,流速增大且阀内发生了流动分离;在V型阀口后及阀体后部靠近阀出口处发生了空化,随着开度的增大,空化强度增强.将二维与三维流道模型的数值模拟结果进行比较,定性分析时,两者可得到一致的结论;定量分析时,两者在模拟结果的数值上存在差异,三维模型更具有指导意义.     

变胞机器人腿部结构轻量化设计

变胞机器人作为一种新型地面移动系统,能够通过重构变形在轮式行驶与腿足式行走间自然切换,与传统车辆相比,变胞机器人具有在结构路面上快速行驶及非结构路面上高通过性的优点。文章使用ADAMS建立变胞机器人多体动力学模型,通过仿真获得变胞机器人重构过程中腿部各连接部件的载荷谱;在变胞机器人腿部机构的设计基础上,以壁厚为优化变量,以质量和应力最小为优化目标,采用最优拉丁超立方试验设计配合四阶响应面法近似模型,并基于NSGA-Ⅱ算法对其进行多目标优化;在获得Pareto前沿后,运用提出的权重选择法确定一个最优解,根据最优解对腿部机构进行优化设计,并对优化设计后的腿部各构件进行强度仿真分析,且与优化前数据进行对比;最后采用应力测试试验对优化后的腿部机构与优化后的仿真结果进行比较。仿真和试验结果验证了该有限元模型的准确性及优化设计的有效性。     

基于Kriging法的挖掘机驾驶室减振器性能参数优化

针对挖掘机驾驶室内噪声抑制问题,建立了挖掘机整机的有限元模型,通过驾驶室减振器性能参数的优化,实现了驾驶员耳旁噪声声压级曲线上的多个峰值及总声压级的降低.其中,采用拉丁超立方法对减振器参数刚度和阻尼设计试验,仿真计算得到样本点后建立Kriging代理模型;以耳旁声压级曲线上多个峰值频率处的声压级为目标函数、以减振器性能参数为优化变量,通过NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化并得到相应的Pareto前沿.选定减振器性能参数最佳组合再次代入有限元模型中仿真计算,结果表明:通过优化减振器性能参数降低驾驶员耳旁噪声峰值频率处声压级和总声压级的方法可行,挡风玻璃处、座椅处地板及仪表盘处为代表的观测点的振动噪声性能也有改善.     

超临界空冷机组高调门阀体激振故障的分析及解决

汽轮机高压调节阀门对机组安全高效运行具有重要的作用,当高调门阀体出现强迫振动时会直接导致阀杆脱落等不同程度的安全事故出现。本文针对2台超临界空冷机组顺序阀运行时高调门出现的阀体激振问题进行了相关的分析研究,最终利用对顺序阀进汽规律进行优化改进设计的方法,较好的解决了此危及机组安全高效运行的隐患。最后,通过实际机组的运行试验验证了本方法的有效性,避免了切换至单阀运行方式运行和更换阀门设备等带来的经济性损失。这对高参数大功率机组的安全高效运行优化具有一定的借鉴意义。     

阀门在给水管网中的特性研究

为了降低和预防给水管网的漏失,可以通过阀门的调节来实现。介绍了阀门对流量的调节特性和阻力特性,分析了管网中阀门的作用,以期为给水管网中阀门的优化布置提供依据。