混合基础隔震体系优化设计及性能

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,基于随机等效线性化和模式搜索优化算法并考虑地震动模型,在频域内建立了BIS+TTMDI体系的优化设计框架。分别从鲁棒性、有效性、刚度和阻尼系数、冲程及对地震频率敏感性方面对BIS+TTMDI体系的性能进行评估,并与BIS+调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)、串并联调谐质量阻尼器(TunedTandemMassDamper,TTMD)和调谐质量阻尼器惯容器(TunedMass Damper-Inerter, TMDI)进行比较。通过对近场地震动下某七层混合基础隔震结构(包括BIS+TTMDI和BIS+TMDI体系)的动力弹塑性分析,评价了其减/隔震性能。结果表明:BIS+TTMDI体系具有最好的减/隔震性能和强鲁棒性;而且在BIS+TTMDI体系中TTMDI的总阻尼需求不到BIS+TMDI体系中TMDI的一半,因而更为经济实用。

基础隔震结构附加变化型调谐质量惯容阻尼器的优化设计研究

在强震作用下基础隔震结构的隔震层将发生非常大的水平变形。已有研究表明采用在基础隔震结构的隔震层附加变化型调谐质量阻尼器(VTMD)的混合控制策略能够有效降低隔震层的水平变形需求,然而该混合控制策略最大的缺陷在于需要很大的调谐质量。考虑到惯容装置具有明显的质量放大效应,本文提出将惯容装置(Inerter)与VTMD中的阻尼器并联,从而形成具有较小调谐质量的变化型调谐质量惯容阻尼器(VTMDI),并将其附加在基础隔震结构的隔震层,基于随机振动的分析框架开展了VTMDI参数的优化设计研究。研究表明直接将基础隔震结构的上部结构层间变形作为优化目标的传统优化策略并不经济有效。为此,本文提出了一种基于两步优化法的优化策略,该优化策略首先确保附加VTMDI的基础隔震结构相对于附加相同阻尼的基础隔震结构具有更优的控制效果;然后确保附加VTMDI的基础隔震结构的上部结构层间变形最小。通过动力时程分析结果表明:两种优化策略都能有效降低隔震层的水平变形和上部结构的层间变形,同时不会导致调谐质量出现过大的运动行程,基于两步优化法的优化策略更为经济有效。

基于耦合辐射模型的太阳能集热器倾角优化研究

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾角进行优化分析,得到月度最佳倾角和年度最佳倾角。其中天津地区的太阳能集热器年度最佳倾角为36.3°,比当地纬度略小;月度最佳倾角为10~64°,表现为夏季小冬季大的特点。相较于水平放置,在年度最佳倾角和月度最佳倾角下,太阳能集热器接收的年太阳辐射量可分别增加12.4%,17.3%;相较当地纬度作为倾角时,以月度最佳倾角值逐月调整接收的太阳辐射量可增加5.0%。分别以广州、拉萨、济南和长春为例,计算得到上述地区的年、月最佳倾角。对不同地区进行对比分析发现,直接辐射占比较高的地区逐月改变最佳倾角可获得更高的能量增益。

专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法

在生成新产品概念设计方案的过程中,企业常缺乏辅助新产品功能描述、分解及创新的设计知识,且存在功能实现技术检索结果可用性不高、难以有效转化为概念设计方案技术特征的问题。为此,提出一种专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法。首先,使用文本相似度算法,检索国际专利分类表中与设计任务相关的分类号文本,辅助描述新产品的主功能。其次,引入C-K理论将下级分类号释义视为K空间中的元素,新产品子功能视为C空间中的元素,通过元素间转化辅助完成主功能分解。再次,结合专利技术成熟度分析和功能创新策略,确定新产品的功能创新方向,并依据共现分类号释义预测新产品的集成功能,辅助实现新产品的功能创新。接着,应用专利文献跨域特征分析模型,引入技术领域融合度的概念,量化专利技术的知识广度和流动性,辅助优选功能实现技术,并利用语义解析技术自动提取专利独立权利要求中的技术特征,辅助生成新产品概念设计方案。最后,将该方法应用于重型汽车底盘预装设备领域的新产品开发,证明了方法的有效性。

基于神经网络与遗传算法的离心泵汽蚀性能优化设计

为了研究离心泵发生汽蚀过程时其内部流动规律和对其汽蚀性能的优化设计,在结合传统优化方法的基础上,提出神经网络与遗传算法结合的智能优化方法。通过Plackett-Burman试验设计从离心泵的叶轮进出口直径、进出口安放角、叶片数、叶片包角等7个设计参数中筛选出显著影响的3个优化设计变量。叶片出口宽度、叶片包角和叶轮出口直径3个优化设计变量,其影响汽蚀性能的显著性由大到小。运用拉丁超立方抽样方法抽取30组设计方案,分别进行数值模拟计算,得出相应的汽蚀余量值。建立神经网络模型,结合遗传算法在规定范围内进行寻优,得到最优设计变量组合及最优汽蚀余量值。取优化后的参数进行数值模拟计算,优化后的离心泵在相同工况下汽蚀余量降低了43.1%,说明优化后的离心泵抗汽蚀性能显著提高。

星载黑体温度均匀性的优化研究

星载黑体是对星上红外探测器的线性响应度和非均匀性进行标定和校正的关键部件。风云三号气象卫星中分辨率光谱成像仪中所用黑体同时有高温和低温的需求,因此其温度均匀性较难控制。文中对该黑体温度非均匀性的来源进行了分析,提出了拦截温度非均匀性来源的设计思路,并提出了将整片隔热材料应用于黑体均温结构的方案。根据黑体周围环境设计并建立了模拟环境及仿真模型,并对仿真模型进行了试验验证。设计了不同的由紫铜板(Cu)、热解石墨(TPG)和聚酰亚胺(PI)组成的均温结构,并对其均温性能进行了仿真与分析。结果表明,使用一层PI时,温差基本随着PI位置远离黑体而下降,PI在最下层时温差最小且平均温度高于不使用PI的结构;PI位置相同时,PI在紫铜板下一层时温差最小。对于使用两层PI的六层均温结构,PI位置相同的情况下,温差最小结构的特点为优先满足PI之间有两层高导热层,其次满足紧邻黑体有两层高导热层。最优均温结构为“2TPG-PI-TPG-Cu-PI”,使用该结构时黑体温差为0.07 K,显著优于国外同类黑体的0.25 K。

考虑SSI效应时TMD的减震优化设计

土-结构相互作用(SSI)效应可能会对地震作用下调谐质量阻尼器(TMD)的有效性产生重要影响,因此本文研究了考虑SSI效应时TMD对高层建筑的抗震控制性能。针对一个质量分布均匀、层刚度随高度呈线性分布的40层benchmark结构,以结构顶层均方根位移最小为优化目标,采用改进粒子群算法对其在不同地基土条件以及地震波激励下的调谐质量阻尼器参数进行优化设计。优化结果表明,忽略SSI效应可能会造成地震激励下高层结构中TMD减震性能的不恰当估计,TMD的优化参数与地基土类型和地震波种类紧密相关。优化后的TMD可以有效降低结构顶层位移响应且不增加其峰值加速度,优化后的TMD耗散了绝大部分地震输入能量,并大大降低了结构能量。

航空电子设备安装支架的刚度与频率优化设计

航空电子设备用于飞行中的数据采集,通常使用安装支架固定于机头雷达罩,研究安装支架的刚度和一阶频率性能,避免设备支架在飞行过程中出现塑性变形和共振现象,对提高飞行稳定性具有重要的工程意义。在惯性载荷下对安装支架进行静强度和模态分析,采用一种灵敏度分析方法确定安装支架的设计变量,以结构总质量最小为优化目标,在保证安装支架的刚度和一阶模态性能的前提下对支架各个构件的厚度进行优化设计,并对优化后的安装支架结构进行振动试验。结果表明:优化后的安装支架结构刚度基本保持不变,一阶频率提高了18.09%,质量减少了19.33%,改进设计满足设备安装要求。

旋转防喷器外壳体的有限元分析与优化设计

针对国外生产的一款旋转防喷器,使用三维造型软件中望3D建立该型号旋转防喷器的三维实体模型;将底座外壳体三维实体模型导入ANSYS软件中,通过有限元分析,求解出了外壳体的应力强度分布情况,设定两条路径分别进行等效线性化,获得了两条路径上的一次整体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、二次应力和峰值应力,校核了旋转防喷器底座外壳体的强度;通过ANSYS WorkBench仿真平台对底座外壳体进行了优化设计,获得了底座外壳体的优化参数。

基于MSPBO的干式变压器优化设计

针对目前变压器优化设计方法存在设计周期长、设计成本高和效率低等问题,采用一种基于改进学生心理学优化算法(SPBO)优化设计方法,通过引入退火算法准则等针对SPBO算法弱点改进。以SCB10-1600/10节能型干式变压器(干变)作为优化设计对象,从降低干变主材成本角度出发,分别应用SPBO和改进SPBO(MSPBO)对干变进行优化设计。实例优化结果表明,SPBO和MSPBO均能有效降低干变主材成本并改善其性能参数。与原SPBO相比,MSPBO优化效果更佳,寻优速度快,寻优空间大;与人工设计方法相比,主材成本节约9.19%,损耗降低3.67%。

基于力法的格构梁节点荷载分配方法及悬臂段长度优化设计

格构梁节点荷载简化分配方法的不足在于无法考虑2个方向的梁上其他节点荷载的影响且对文克尔(Winkler)地基上梁的类型进行了主观假定。为克服格构梁节点荷载简化分配方法的上述缺点,提出了一种基于力法的格构梁节点荷载分配方法。根据节点静力平衡条件及变形协调条件,新的格构梁节点荷载分配方法通过构建并求解线性方程组,能够合理地将作用在节点的集中力分别分配给2个方向的纵梁和横梁。进一步地,引入一个格构梁边坡锚固案例并等比例地增加纵梁和横梁的悬臂长度。不同基床系数条件下,基于新的节点荷载分配方法将格构梁节点荷载分配给纵梁和横梁,然后对各梁单独进行弯矩计算。以悬臂最大正弯矩与跨中最大负弯矩比值的绝对值接近1为评价指标,对格构梁最优悬臂长度进行了评价。节点荷载分配结果表明,随着悬臂长度的增加,分配给纵梁和横梁的荷载逐渐趋于稳定。弯矩计算结果表明,随着基床系数的增大,悬臂长度对格构梁弯矩的影响逐渐减弱。不同边坡基床系数条件下,当悬跨比在0.2~0.4之间时,悬臂各梁最大正弯矩与跨中最大负弯矩趋于均衡。因此,基于力法理论的节点荷载分配方法的提出为格构梁内力的精确分析及悬臂长度优化设计提供了可靠的理论依据。

基于响应面法的螺栓预紧力压电振动传感器结构多目标优化设计

为优化用于螺栓预紧力监测的压电式振动传感器结构参数,增大输出响应并优化其动态性能,提出以压电片最大等效应变、10 Hz传感器固有频率和传感器最小质量为优化目标,将响应面法(response surface methodology,RSM)与多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm,MOGA)相结合的设计方法。选取质量块厚度、悬臂梁和压电片的长度、宽度和厚度作为设计要素,采用最佳空间填充设计实验方案,构建标准响应面模型,并基于MOGA得到传感器的最佳结构参数组合,最后根据优化结果进行数值模拟验证。结果表明:优化后的悬臂梁和压电片结构尺寸分别为100.0 mm×45.0 mm×0.7 mm、45.0 mm×18.0 mm×0.7 mm,质量块厚度为15.0 mm,传感器结构谐振频率减小为9.49 Hz,输出响应增大了6.39%。该优化设计可用于螺栓预紧力的监测。

床垫提手缝制工序作业分析与优化

目前我国大部分家具生产企业仍是采用半自动化设备,以人机配合操作生产为主,因此要快速地提高企业效益需要运用工业工程理论对企业生产进行优化。针对自动化程度较低的床垫提手缝制工序,采用摄像法和秒表法进行岗位观测记录,运用“5W1H”分析法和人机操作分析方法,对床垫提手缝制工序存在的问题进行总结和优化。该岗位存在操作工序冗长、返工现象频繁、物料堆放混乱等问题,针对以上问题以提高工序人机利用率为目的提出了优化方案,以期提升企业生产效益。

矿用防爆胶轮车制动能效响应优化设计

针对某型防爆胶轮车前、后制动系统制动能效响应不一致造成前桥制动器优先制动,导致前桥高温密封圈损坏、制动器窜液、制动失效,经过技术分析,对整车制动系统进行优化,改善了前、后制动系统响应一致性,避免了此类故障的发生,提高了车辆行驶安全性,降低了车辆运行维护成本。

混凝土配合比优化设计方法讨论

混凝土配合比设计对混凝土性能具有重要影响,本文围绕混凝土配合比优化设计的方法展开研究,介绍了正交试验设计法、响应面设计法和人工智能算法的原理及特点,讨论了正交试验设计法、响应面设计法和人工智能算法在混凝土配合比优化设计工作中的应用。

音叉式防振锤的模态分析及优化设计

通过提高防振锤谐振频率的设计一致性,可提升防振效果。以音叉式防振锤为例,研究其参数优化问题,构建模态分析参数模型,对防振锤关键技术参数进行仿真优化设计。结果表明,参数优化后音叉式防振锤固有频率与期望值近乎相同,验证了优化后参数优越性。

基于ADAMS的机械系统优化设计研究

使用虚拟样机软件进行机械系统的运动学、动力学分析,通过创建参数化的机械系统几何模型并对其进行优化设计。该技术已经在工业设计领域得到广泛应用。本文运用ADAMS软件对肘杆传动机构进行优化设计,探讨了使用虚拟样机技术进行机械系统优化设计的方法和步骤。

论轿厢重量设计对电梯运行的影响

通过列举两种轿厢由于重量设计不够在电梯安装、运行中出现的问题,分析因轿厢重量较轻而导致电梯曳引能力试验失败和减速停靠过程发生故障的原因,从而提出合理的轿厢重量设计可以保证电梯满足曳引能力试验要求和解除电梯减速停靠过程发生的故障。同时分析了加大轿厢重量设计的利弊,轿厢重量设计过大会加大电梯运行能量消耗,最后提出规范轿厢重量设计范围的必要性。

散煤转运溜槽结构优化设计

针对散煤转运溜槽工作中存在的积料、堵料、偏载、粉尘过大问题展开优化设计。首先建立理论计算模型,进行溜槽概念设计;其次对实际转运散煤特性进行测试,获得固体密度、松散密度、颗粒弹性恢复系数、壁面摩擦角及内摩擦角等相关基本参数。再次借助L箱流动性实验进行离散元参数标定,进而进行散煤流动离散元仿真分析。这种理论计算和离散元分析相互结合的优势,能够快速有效实现散煤转运溜槽的结构优化设计,从而提高散煤输送能力,同时从根源上减少冲击粉尘的产生。最后通过工程应用验证了该方法的合理性和有效性。

AC-13C沥青混合料配比设计及性能试验研究

文中基于马歇尔试验的AC-13C设计方法和基于Superpave系统的Sup-13(即Superpave 13 mm)设计方法,对两种不同的沥青混合料配合比设计进行研究,对比各自的特点、优势以及适用性。研究表明,对于两种设计方法所得到的油石比设计指标来说,Superpave法的空隙率和毛体积相对密度表现较好,马歇尔法的矿料间隙率和沥青饱和度表现较好;对于沥青混合料的路用性能来说,Superpave法的高温和水稳定性更好,马歇尔法的低温性能更好。