新型双向硬密封旋球阀多学科设计优化

为确保新型双向硬密封旋球阀整体性能提高,以新型双向硬密封旋球阀密封性能、质量、抗冲击性能以及流阻系数为目标函数建立多学科设计优化模型,并充分考虑各学科之间的耦合效应,采用自适应混沌优化算法对多学科设计优化模型进行求解。研究结果表明:新型双向硬密封旋球阀渗漏率η减少60.0%,质量M减少2.15%,位移变形Δε减少37.6%,流阻系数Δξ减少37.5%;新型双向硬密封旋球阀的流量调节性能优于优化前的流量调节性能。     

机翼气动结构多学科设计优化研究

为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要性.对自适应响应面法进行改进,提出一种基于模糊聚类自适应径向基的全局优化策略,研究了该策略的全局寻优能力和优化效率.运用该优化策略对考虑气动结构耦合分析的大展弦比机翼结构进行多学科设计优化研究.研究结果表明该气动结构耦合分析方法可行有效,并且该优化策略提高了优化效率.     

飞行器概念设计中多学科优化模型的研究

多学科优化技术的发展有效地提高了飞机的设计水平,同时提高了设计人员对非常规布局飞机的设计能力。以一种双后掠飞翼布局飞机为研究对象,建立新的优化模型对其进行气动、结构优化。优化过程分为系统级优化和学科级优化。在系统级优化中,航程定义为飞机全局性能指标。在学科级优化模型中,把升阻比和展向气动载荷分布的综合气动性能作气动学科优化目标,结构重量作为结构优化目标。优化结果表明,优化模型可以高效的运行,优化方案更接近最优解。     

兆瓦级风电机组传动链振动远程在线测试

传动链作为风力发电机组的主要部分,工作在柔性塔架支撑、风向和载荷多变等恶劣的环境下,其振动特性好坏直接影响风机可靠性和使用寿命,成为风电机组最薄弱环节。论文基于SKF的WindCon智能采集系统,以某兆瓦级风力发电机组为例,在正常运行和启、停工况下对传动链的振动进行远程在线检测,得到传动链在各运行工况下的振动特性,并揭示其动态特性变化规律。测试结果表明传动链振动较为复杂,主要表现为系统低频扭转振动和弯、扭、摆构成的复合振动,传动链中主轴、齿轮箱等振动频率主要由转频和各级齿轮啮合频率尤其是高速级齿轮啮合频率构成,并存在被转频调制现象。     

工程机械多学科稳健设计优化

介绍了多学科设计优化、不确定性分析和稳健设计的基本概念和方法。针对工程机械的特点,探讨了一种在多学科设计优化设计框架内进行不确定性分析与稳健设计的新的设计理论和方法:多学科稳健设计优化。它既充分考虑了工程机械系统中各个学科(子系统)之间相互作用所产生的协同效应,使设计能获得系统的整体最优解,同时也考虑了不确定性因素对工程机械质量稳健性的影响,并采用并行设计,有助于提高工程机械的质量及其稳健性和可靠性、缩短产品进入市场周期、降低产品成本。最后,讨论了多学科稳健设计优化的主要研究内容。     

兆瓦级风力机齿轮传动系统动力学分析与优化

对1.5 MW风力发电机齿轮箱传动系统进行耦合振动分析,建立了风力机增速箱齿轮传动系统的扭转振动模型.利用4阶Runge-Kutta法计算了系统在风载、轮齿时变啮合刚度和系统阻尼共同作用下的动态响应,并利用谐波平衡法求出了系统的解析解,从而得到了优化设计目标函数的解析表达式.在此基础上,建立了以行星轮扭转振动加速度幅值最小和传动系统总质量最轻为目标的优化设计数学模型,利用MATLAB优化工具箱进行优化求解.实例计算表明,优化设计后传动系统的低阶固有频率明显提高,动态性能明显改善,重量减轻.     

浅谈兆瓦级海上风力发电机的研究

本文介绍了国、内外海上风电的发展现状及趋势,同时分析了MW级海上风电发展的难点所在,并根据双馈异步风力发电机的特点提出了相应的解决办法。     

兆瓦级风力发电机组液压系统的设计与应用

针对兆瓦级风电机组的偏航系统、风轮锁定、主轴制动液压系统的设计及应用问题,进行了研究探讨并提出相应的解决方案。     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.     

桨叶尖削对高空无人机气动性能影响

螺旋桨在临近空间高速运转时,由于工作环境大气物理特性,桨尖区域受空气压缩性影响严重,使螺旋桨气动性能降低。为了改善高空螺旋桨的高速性能,将翼尖修形的思想应用于高空无人机螺旋桨上,分别对螺旋桨桨尖区域进行不同角度的尖削。计算模型应用多参考系模型和周期性边界条件,对不同尖削桨叶运行状态进行模拟并对桨叶气动性能进行计算,根据计算结果分析桨叶尖削对螺旋桨气动性能的影响。研究结果表明：对螺旋桨桨尖区域进行尖削,可以减缓桨尖空气压缩性影响,减小桨尖阻力,进而提升螺旋桨气动性能,且当尖削角度α=70°时,螺旋桨的高速性能最佳,其气动效率相比与原始桨叶提升约5%。     

MW级复合材料风电叶片的振动特性与应力分布

针对目前风电叶片有限元模型存在铺层不合理的问题,以某1.5 MW风电叶片为研究对象,利用Solidworks软件生成叶片三维模型;再将其导入大型有限元软件Abaqus中,按照叶片铺层理论进行分区域铺层,生成叶片有限元模型,使其更接近叶片的真实铺层状况;在有限元数值计算中,分析了叶片的振动特性以及在50 m/s的极限风速下的应力分布特征.结果表明,叶片模型在模态、强度、刚度三个方面均满足设计要求,叶片的危险截面位于距叶尖约13处,应力主要分布于叶片展向的13~23处,且主要承载结构为主梁和腹板.     

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。     

大功率风电增速器的多目标优化设计

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动力学模型,研究其传动系统的动力学特性。在此基础上,以传动系统体积最小和构件扭转振动加速度振动幅值最小为优化目标,以可靠性和强度等为约束条件进行多目标动态优化设计,优化结果表明:优化后的风电增速器齿轮传动系统不仅实现了轻量化,而且在保证系统可靠度的前提下动态性能也得到了有效改善,达到了减振降噪的目的。     

泛函分析思想在新型风力机叶片设计中的应用

考虑法向力和切向力的叶尖损失,推导并给出了一种改进的风力机轴向和周向因子的计算模型。结合最新设计的高性能风力机专用翼型系列,利用泛函分析方法,研究了风力机叶片展向弦长及扭角分布的泛函表达方法,提出一种新的通用叶片形状的广义泛函方程;考虑实际风场风速的概率分布,空气密度及工业界对风力机叶片的气动与结构设计要求,分别以定速运行方式和变速运行方式下风力机叶轮年发电量输出最大化为目标,以叶片展向分布函数系数为设计变量,建立了2.3MW风力机叶片优化设计数学模型;优化得到2组性能优越的风力机叶片。新叶片的捕风效率和年发电量都远远高于传统风力机叶片,其中,所设计定速叶片最大功率系数达到0.515 7,变速叶片最大功率系数达到0.517 7。     

风力发电机叶片的转动特性分析研究

本文以流体力学为基础,利用Fluent对叶片周围的流体域数值计算,将风机转速、来流风速和转动力矩三个参数结合DOE方法进行响应面优化分析,为风机的转动特性分析、故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供相关数据.通过数值计算表明,风机转速与来流风速共同决定风机的转动力矩,进而影响风力发电机的功率.     

风力发电机齿轮传动系统的动态优化设计

同时考虑时变啮合刚度、啮合误差以及风速变化引起的外载荷波动,建立了1.5MW风力发电机齿轮传动系统的集中参数模型,并利用谐波平衡法,得到时变振动微分方程的解析解。在此基础上,建立了以各构件的振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标动态优化模型,利用混合离散变量组合型法对其进行求解。计算结果表明,提出的系统建模和优化设计方法,可有效降低风电齿轮箱的振动水平和质量,为低噪声、低成本的风电齿轮箱的设计提供参考。     

风力机旋转叶片脉动风场建模与数值仿真

分析了风力机风场模型与普通建筑风场模型的相同点和不同点,指出叶片的转动将改变叶片上风速模拟点风速谱的能量分布,使相当部分的频率能量集中到风轮旋转频率及其倍频处.根据标准von Karman模型和旋转采样谱模型,推导并建立了风力机叶片的脉动风速谱功率矩阵,并在此基础上,采用谐波叠加法模拟了叶片脉动风速模拟点的风速时序数据.     

多学科混合协同设计优化方法

讨论了在多学科设计优化过程中,层级系统、非层级系统以及它们的子系统之间的相互关系,并将混合系统分成四类.通过建立多学科设计优化过程中各子系统设计变量和目标函数的协同规则,研制了针对混合系统优化设计的多学科混合协同设计优化方法.将此优化方法应用到微机械陀螺的优化设计中,取得了满意的结果.     

多学科变量耦合优化设计方法

基于多学科设计优化原理,提出了面向非层级复杂系统的多学科变量耦合优化设计方法,阐述了其优化设计的基本思路和工作原理.通过设置理想耦合点,构造了耦合函数,使子系统在各自独立优化设计的同时,在系统级的协调下达到耦合关系的满足,并使系统得到总体上的优化.在梳齿式微机械加速度计的优化设计中,对该方法进行了验证.