采用代理模型的液力变矩器性能优化设计

为解决液力变矩器性能与叶片形态变量间的复杂映射问题,提高设计效率与精度,提出了采用代理模型取代三维流体计算方法,并结合寻优算法对液力变矩器的性能进行优化设计的方案。首先,在标定基于CFD仿真的液力变矩器性能响应结果前提下,利用正交设计方法,获得液力变矩器性能的大自由度仿真试验数据;然后,分别设计响应面以及神经网络2种代理模型,获取变矩器叶片角变量与其性能的映射关系,比较分析其建模效率和精度;最后,以某型号双涡轮液力变矩器启动变矩比及低速比区最高效率最大化为设计目标,分别通过2种代理模型应用NSGA-Ⅱ算法获取优化方案。仿真结果表明:在同一试验数据下,响应面模型的建模效率较高,神经网络模型的变量设计空间外延性较好;采用神经网络模型优化得到的液力变矩器模型与依照出厂参数设计的液力变矩器模型相比,其启动变矩比及低速比区最高效率分别提高了14.27%和10.24%,与采用响应面模型优化得到的液力变矩器模型相比分别提高了4.36%和1.53%。     

面向变矩器设计性能的平面流模型选用方法

为探求叶轮平面流模型与变矩器起步转矩比、效率、最大能容等设计性能间的动力学映射关系,以双涡轮液力变矩器为研究对象,提出了面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法。在通过变矩器台架试验验证其计算流体力学(CFD)仿真精度的基础上,利用正交试验法,将变矩器4个叶轮及反势流、等速流和有势流模型3种典型平面流模型的全部组合设计为9个叶轮及平面流模型的组合模型,并进行CFD仿真试验。依据仿真试验结果,定量分析不同叶轮平面流模型对变矩器各设计性能的影响,对于叶片角组合满足基本设计性能要求的变矩器,可以通过选用合适的叶轮平面流模型,提高其性能:若以起步转矩比评价变矩器,采用导轮为等速流或有势流、第一涡轮为有势流或反势流模型;若以效率评价变矩器,采用导轮为等速流或反势流、泵轮为反势流模型;若以最大能容评价变矩器,采用导轮为等速流模型。所提面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法,可以在叶片数、叶片角度、叶片厚度不变的情况下,通过合理选用平面流模型提升变矩器某方面性能,对提高其变矩器设计性能具有工程参考价值。     

基于多目标优化的液力变矩器叶形角度设计

为解决液力变矩器性能优化过程中单一目标优化不能满足实际需求的问题,首先利用一维束流理论对该型号液力变矩器进行特性计算,计算结果与试验结果较为一致.在此基础上,以最高效率、起动变矩比和最大泵轮扭矩系数为目标建立多目标优化模型.利用Matlab与ISIGHT的集成优化,组成以一维束流计算程序为核心的解算器,以叶片入出口角为优化参数,采用变导轮和定导轮两种优化方案,并利用基于存档的小种群遗传算法(AMGA)对该液力变矩器的性能进行优化,获取多目标优化下的非劣解.结果表明:优化后的液力变矩器性能比原型有所提高,同时也可以满足不同应用条件下车辆液力变矩器的性能要求,验证了这种方法的有效性.     

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.     

液力变矩器耦合及倒拖工况仿真优化方法研究

着眼于液力变矩器在耦合工况之后乃至倒拖工况的仿真计算分析方法研究,以改变在液力变矩器传统的仿真计算中耦合点之后的液力性能计算并不能被很好呈现的缺点,通过CFD(computational fluid dynamics)及最小二乘拟合的方式加入了导轮在耦合工况内的影响,对液力变矩器企业开发过程有着现实意义.     

基于液力变矩器流固耦合的叶片厚度设计方法

基于经验性流线公式的液力变矩器叶片厚度设计方法,因难以表达变矩器叶片与流体间的耦合变矩关系,易造成变矩器性能低下.针对此问题提出基于液力变矩器内流固耦合的叶片厚度设计方法,即以高精度流固耦合数值解析的液力变矩器性能为评价,在满足叶片应力强度与叶片厚度变化曲率约束下,推导出叶片厚度曲线方程.通过液力变矩器设计实例,显示液力变矩器叶片厚度分布与其流场分布具有强相关性,验证了此方法对提高液力变矩器变矩比、效率和动力性能的有效性,可作为液力变矩器叶片厚度设计的工程化设计参考流程.     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

冲压叶片厚度对液力变矩器性能的影响

以某型冲焊型液力变矩器为基础,对叶片厚度设计了全因素试验,结合流场数值模拟分析不同叶片厚度对变矩器外特性的主效应影响和交互效应影响.结果表明主效应影响随着叶片厚度的增加而使变矩器能容下降,而叶片厚度的交互效应影响并不明显.进一步分析叶片厚度对于性能影响的数值变化,结果表明叶片厚度的增加导致了液力变矩器传递转矩的下降,并且这种下降程度是由慢到快的.根据性能的影响研究对冲压叶片厚度进行优化,结合实际工程板材厚度确定叶片厚度并进行试验验证.与泵轮转矩随叶片厚度的变化规律类似,涡轮转矩随叶片厚度的增加而下降,尤其是在变矩器低速比区域下降幅度较大.叶片厚度在3 mm之内时,每增大0.5 mm厚度,涡轮转矩值下降幅度在0.5%;当叶片厚度超过3 mm时,涡轮转矩变化加快,每增加0.5 mm,泵轮转矩最大变化约为3.8%.      

SWYJ315-6双涡轮液力变矩器试制成功

一种新的节能产品——SWYJ315-6双涡轮液力变矩器,去年十二月由省科委委托台州地区科委主持通过了技术鉴定.双涡轮液力变矩器系列试验研究,是机械工业部天津工程机械研究所一九八四年底完成的科研成果,传动效率提高3-4%,对节能有显著效果.临海机械厂于一九八五年引进该叶栅成果,一九八六年三月开始SWY-J315-6双涡轮液力变矩器试制工作,经九个月的努力,完成了试制任务,该液力变矩器是一种以液体为工作介质的扭矩变换器,系二级四元件结构,有泵轮、一级涡轮、二级涡轮、导轮等四个工作轮,可与额定转速为2200转/分的6135,6130发动机相匹配,     

基于单流道瞬态仿真的旋转流体机械伪集总叶片法研究

针对旋转流体机械的全流道模型仿真方法成本高,且网格质量难以保证的问题,提出了一种基于单流道瞬态仿真模型的伪集总叶片法来计算叶轮转矩和分析变矩器的叶轮交互效应及其内部流场特性.建立了D400型液力变矩器的三维瞬态单流道仿真模型,提出基于PLSM来计算叶片和叶轮的时域转矩,并以此进一步分析变矩器的叶轮交互效应及其对液力变矩器性能的影响.研究结果表明:该方法得到的泵轮,涡轮和导轮的转矩结果与实验结果最大误差不超过11.1%,原始特性的误差小于4.37%,性能特性与理论及实验结果一致;该方法有效可靠,可在保持精度的同时降低计算成本.      

导叶可调式液力变矩器导轮特性研究

液力变矩器内部流动复杂,是非定常、不可压缩、三维、黏性流体的流动.可调式液力变矩器在三元件变矩器基础上增加可调导轮.在可调式液力变矩器可调导轮导叶存在多个开度的基础上,建立不同开度下的变矩器全流道模型;采用分离式求解器、SIMPLE算法及大涡模拟湍流模型对变矩器内部流动进行数值模拟.基于变矩器内部流场数值模拟结果,分析其流动特性,研究导轮的工作特性,得到固定导轮与可调导轮的作用,可为可调式液力变矩器性能改善和导叶的设计提供参考.     

液力变矩器的叶片数神经网络模型

针对一元束流理论无法量化表达叶片数对液力变矩器性能影响的缺陷和基于三维流体解析的液力变矩器叶片数设计中大组合、大计算量等难题,提出液力变矩器的叶片数神经网络模型。在结合台架试验数据确认三维流体解析结果准确的基础上,利用正交试验法合理地安排试验,并以三维流体仿真结果作为反向传播网络的训练样本;为提高反向传播网络的设计效率及收敛精度,引入遗传算法来优化反向传播网络的初始权重,训练后的反向传播网络可以对非训练样本集合的液力变矩器性能实现准确预测。研究结果表明,叶片数神经网络模型是基于整机性能匹配的液力变矩器定制化设计的桥梁,对提升整机作业效率具有重要的工程应用价值。     

基于叶片角变化规律的液力变矩器改型设计法

研究了三维设计环境下液力变矩器叶栅系统改型设计方法,提出以叶片角变化规律为基础对原型叶片进行改型设计.首先,通过初始化图形交换规范(IGES)与三维软件交换叶栅系统的三维信息;然后,利用De Boor算法的开花计算叶片上各点处的叶片角,将反映叶片角沿叶片内外环设计基线变化的曲线拟合成非均匀有理B样条(NURBS),通过调整NURBS曲线的控制点以及各控制点权重值,实现叶片角变化规律的调整;确定了新的叶片角变化规律后,叶片的空间形状即可确定,从而可以生成新的叶栅系统模型;最后,对新生成的叶栅系统进行性能预测,得到满意的结果后即可进入后续详细设计阶段.利用该方法构建了液力变矩器改型平台,使用该平台分别以提高变矩性能和提高效率为目标对某款液力变矩器进行改型研究,结果表明所提出的方法行之有效,有助于提高改型设计的效率.     

基于响应面的液力变矩器叶片优化设计

针对现有变矩器性能分析方法的不足,在液力变矩器三维流场数值模拟的基础上,采用响应面法对叶片进行优化.首先根据变矩器流场模拟结果,并考虑机械损失的影响,计算变矩器效率、变矩比等输出特性;然后以最高效率为优化目标、起动变矩比为约束条件、二阶多项式为响应面函数,采用正交试验法设计试验样本,建立叶片优化模型并进行优化计算.计算...     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

冲焊型液力变矩器叶片回弹规律及抑制技术

冲压焊接型液力变矩器由于便于量产而被广泛应用于汽车,其是自动变速箱的核心部件. 液力变矩器性能直接由叶片形状决定,由于叶片在冲压过程中存在回弹变形,因此针对叶片冲压回弹规律及其对性能的影响开展研究. 首先利用有限元方法对冲压过程及回弹变形进行仿真,并采用流场数值模拟研究了不同回弹程度对变矩器外特性的影响规律,然后通过在叶片中间流线处开设拉延筋抑制叶片冲压起皱和回弹现象,最后制造叶片样件验证回弹抑制有效性,并通过液力变矩器样机试验验证流场数值模型计算精度. 研究结果表明涡轮出口回弹对变矩器性能影响显著,最高效率和起动泵轮能容分别增大了0.067%、8.18%,起动变矩比减小了1.41%. 样机实验验证表明冲压回弹仿真模型与计算流体动力学模型准确度高,其计算结果与实际结果吻合度较好,拉延筋结构可以较好的抑制叶片最大回弹偏差并改善回弹分布.      

工程车辆发动机与液力变矩器匹配优化设计

为研究工程车辆发动机与液力变矩器之间的匹配对其动力性能和经济性能的影响,首先对工程车辆工作的不同工况进行分析,建立两种最高功率扭矩点位不同的发动机与液力变矩器的共同工作输入和输出特性的数学模型,并进行分析,优化计算方法;然后以工程车辆的动力性为目标,建立以液力变矩器有效直径为设计变量的发动机与液力变矩器匹配的优化模型,使用MATLAB进行实例计算,结果表明,优化后工程车辆发动机与液力变矩器的功率匹配在动力性方面提高了3.5％,燃油经济性方面则降低了3.1％。     

液力变矩器叶片强度的分析研究

为了研究液力变矩器叶片的强度,笔者抽取了某型液力变矩器全流道模型和叶片模型,利用ANSYS13.0软件对全流道模型进行仿真计算,把仿真得到的叶片压力加载到叶片模型上,通过流固耦合技术分析叶片上的应力分布和变形量,很好地解释了叶片失效的原因,为叶片的改型设计提供参考。     

液力变矩器机构变量交互作用研究

为解决现有液力变矩器机构变量优化设计中采用分步优化方法存在的问题,通过对比台架试验数据确认了三维流体仿真结果的准确性,运用正交试验、通过全流道流体仿真得到了起动变矩比、最高效率和最高效率工况下泵轮扭矩系数;采用方差分析法研究了机构变量间的交互作用对液力变矩器性能影响的显著性,在考虑交互作用的基础上建立了五元三次响应曲面模型且应用多目标遗传算法进行了优化。研究表明:机构变量间交互作用显著影响着液力变矩器的性能,采用机构变量综合优化方法优化后,起动变矩比提高了0.336,最高效率提高了2.1%,最高效率工况下泵轮扭矩系数提高了0.306×10-6 min2·r-2·m-1。     

CVT轿车液力变矩器的整车匹配优化设计

针对CVT(无级变速器)轿车,提出了一种通过整车匹配优化液力变矩器的方法,即将发动机、液力变矩器和传动系作为一个系统,以整车动力性、经济性为目标进行匹配来优化液力变矩器的参数。这种匹配方法以液力变矩器的循环圆直径为设计变量,选择汽车0~100 km/h加速时间和GB 18352.3—2005循环工况油耗作为整车匹配的评价指标。优化得到了液力变矩器最优的循环圆直径。对某轿车的液力变矩器的循环圆直径优化后,仿真结果表明整车的加速时间和循环工况油耗均有所降低。表明了这种匹配方法对液力变矩器的匹配工作有一定的指导