面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法

目的同步提升D2模具钢激光抛光效果及抛光质量的稳定性。方法提出了一种基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法。首先,以表面粗糙度、显微硬度和抛光深度为优化目标,基于Box-Behnken方法,以激光功率、扫描速度和搭接率为试验因素进行3因素3水平试验。其次,基于试验数据构建各优化目标均值与标准差的双响应面模型,采用熵权理论获得了各优化目标均值与标准差的客观熵权,并与主观熵权结合构建综合熵权。最后,将双响应面模型与综合熵权引入满意度函数构建了改进综合满意度模型,通过随机梯度下降法获得最佳工艺参数组合。结果在激光功率为551W、扫描速度为9mm/s、搭接率为0.55的条件下,表面粗糙度均值由Ra=5.188μm下降至Ra=1.056μm,降幅为79.65%,粗糙度标准差为0.0128μm;显微硬度由541.3HV0.5下降至509.3HV0.5,降幅为5.91%,显微硬度标准差为12.9811HV0.5;抛光深度为0.331mm,抛光深度标准差为0.0024mm。结论该方法可以有效提升D2模具钢激光抛光效果,同时避免抛光后表面质量波动,可为其他模具钢激光抛光工艺参数寻优提供方法借鉴。

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

铸铝一体化车门的多目标可靠性优化设计

为提升车门的轻量化水平与性能,采用“材料—结构—性能”一体化集成方法设计铸铝一体化车门。基于构建的铸铝一体化车门有限元模型,以车门的厚度为设计变量,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络近似模型和二阶响应面近似模型并分别结合二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)、多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法以及多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对车门的下沉刚度工况位移、上扭转刚度工况位移、下扭转刚度工况位移、一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率和质量进行确定性优化设计。在此基础上,考虑材料及加工制造等不确定性因素,对确定性优化解的质量水平进行6Sigma可靠性分析与优化。结果表明,二阶响应面近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门的最佳轻量化,RBF神经网络近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门下沉刚度工况位移的最小化。上述2种组合分别实现了车门轻量化与安全化的设计目标。研究结果可为车身零部件的优化设计提供参考。

基于电导率-含水量曲线法制备、优化广藿香挥发油微乳的研究

目的:探讨电导率-含水量曲线法的可靠性,并使用该方法确定O/W型微乳成型临界点,制备及优化广藿香挥发油微乳。方法:比较目测法和电导率-含水量曲线法确定O/W型微乳成型临界点的精确性;伪三元相图筛选油相、表面活性剂、助表面活性剂的类型、Km值;以微乳的平均粒径、多分散系数(PDI)作为评价指标,响应面法优化广藿香挥发油微乳的配制条件;优化后的微乳分别遮光、不遮光、高速离心等方法考察其稳定性。结果:电导率-含水量曲线法确定的O/W型微乳成型临界点更为精确;伪三元相图筛选出的微乳处方为m广藿香挥发油/mIPM=(1:1)、TW80、PEG400;响应面法筛选出的最优处方为:广藿香挥发油为10.07%,IPM为10.07%,TW80为60.43%,PEG400为19.43%,Km值为3.11,搅拌速率为622 r/min,该工艺下制得的微乳的平均粒径为(17.68±0.47)nm、PDI为(0.074±0.003);优化后的微乳稳定性较好。结论:电导率-含水量曲线法确定的O/W型微乳成型临界点精确性高,使用该方法筛选、优化微乳后,获得的广藿香挥发油微乳稳定性好。

基于涡电流技术报废汽车铝分选函数模型建立

利用自行搭建的滚筒式涡电流分选机探讨报废汽车铝金属厚度、落料点高度、设备转速对弹射距离的影响规律,拟用于评价设备的分选效果,借助于Origin软件模拟影响因素对弹射距离作用的函数模型。利用Design-expert软件响应面法探究三者之间相互作用的显著性。研究结果表明:弹射距离随着转速增加先增加后减小,Cubic Equation模型适应性最好;落料点高度越大,弹射距离越远,Allometric1模型很好的解释了该变化规律;随着厚度增加,弹射距离逐渐减小,ExpDec1方程模拟效果最好。弹射距离关于三个变量模拟模型呈现出二阶方程式模型,并且,三者之间显著性较为接近,相互作用显著性顺序依次为:落料点高度和转速、落料点高度和厚度、转速和厚度。在最优分选条件下(厚度:1 mm,转速:1800 r/min,落料点高度:110 cm),弹射距离预测值为100.335 cm,验证实验值为101.733 cm,预测值和实验值接近,表明所得预测模型在本研究范围内合理有效,可以提高涡电流分选机的分选效率。

基于曲面拟合的阻尼损耗因子预测方法

为研究阻尼材料在不同温度和频率下的阻尼特性,参照SAEJ1637—2022基于支撑钢棒的材料的振动阻尼特性的实验室测量方法,获取标准工况下某车用热熔型阻尼材料的阻尼损耗因子数据,并基于该数据采用最小二乘法,建立阻尼损耗因子关于温度和频率的拟合曲面,通过该试验方法获取标准工况外的阻尼损耗因子数据,并与拟合曲面数据对比,验证该拟合曲面的准确性。研究表明,该方法可以准确预测不同温度下该热熔型阻尼材料的阻尼损耗因子;对于该阻尼材料,其频变特性受温度影响;不同频率下,阻尼损耗因子到达峰值时的温度不同。

响应面法优化羧甲基壳聚糖的制备工艺

以壳聚糖(CTS)和氯乙酸为原料,合成了羧甲基壳聚糖(CMC)。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、环境扫描电镜(ESEM)和X-射线衍射(XRD)对其结构进行了表征。考察了氯乙酸用量、碱液浓度、碱化时间和反应温度对其O-位取代度(Y_1)和N-位取代度(Y_2)的影响。并在单因素实验的基础上,利用响应面法Box-Behnken实验设计原理中的BBD数学模型,优化了壳聚糖羧甲基化的工艺参数。结果显示:制备羧甲基壳聚糖的最佳工艺条件为,氯乙酸用量5.71 g、w(NaOH)=54%、碱化时间7 h、反应温度40℃。在此工艺条件下,得到产物的Y_1=0.721 3,Y_2=0.285 7,与回归模型的预测结果很接近,相对误差值为0.22%和0.27%。

基于正态分布时间函数地表动态沉陷预测研究

为了研究地表动态沉陷规律,基于正态分布时间函数,结合地表沉陷预测公式,构建了能够进行任意点任意时刻地表动态沉陷预测的函数模型,分析曲线形态系数对时间函数和计算误差的影响,讨论正态分布时间函数的时空完备性,建立了基于时间函数的地表动态下沉计算公式。以辛置煤矿五采区开采为例,利用空间曲面拟合方法求取了地表动态沉陷预测参数,并对特征点的下沉趋势进行了预测。结果表明,地表沉陷预测时曲线形态系数δ>2为其合理取值,理论预测相对中误差不会超过±4.55%,且随着δ的增大,预测误差逐渐减小;正态分布时间函数在地表下沉、下沉速度以及加速度方面均体现了地表沉陷时空分布的完备性。基于叠加原理的空间曲面拟合求参方法能够进行预测参数的自动求取,地表特征点下沉趋势预测最大中误差为±64 mm,相对中误差为±5.7%,理论值与实测值相吻合,基于正态分布时间函数的预测模型能够体现地表动态下沉的时空分布特征。

大型数控龙门导轨磨床几何误差建模与基于可靠性理论的精度分配

针对大型数控龙门导轨磨床的拓扑结构,运用多体系统理论和坐标变换方法,构建包括21项参数的几何误差传递模型,并通过试验验证模型具有理想的预测精度。在几何误差传递模型的基础上建立满足磨床设计要求的加工精度可靠性极限状态函数。对磨床工作行程内的25组位置进行误差取样,采用响应面法建立可靠性近似模型,分析每组工作位置加工精度的可靠性。以25项可靠度的均值和最小值作为磨床加工精度性能的评判指标,针对最小可靠度对应的磨床工作位置,进行灵敏度分析,利用灵敏度对影响加工精度因素的重要度进行排序。根据分析结果,遵循精度均衡原则逐步优化误差变量的分布,直至可靠度的均值和最小值均满足设计要求。通过计算实例验证大型数控龙门导轨磨床精度优化分配的可行性。

代理模型技术及其在船舶板架强度和稳定性计算中的应用

对比分析了Kriging、径向基函数、多项式响应面三种代理模型在不同样本点比例和不同样本点空间分布下对4类典型数学函数的拟合精度和推广能力。研究结果表明,Kriging模型对典型数学函数具有较好的适用性和推广能力,径向基函数次之,多项式响应面的适应能力不足。在此基础上,基于Kriging方法构造了船舶双层底板架强度和稳定性计算代理模型,讨论了低样本点比例下Kriging模型代替有限元计算分析的适用性以及不同样本点空间分布对代理模型近似误差的影响。计算结果表明,在低样本点比例下一个均匀齐整的样本点空间分布更利于保证代理模型的精度。在所选取的样本点比例下Kriging模型对船舶板架强度和稳定性计算的适用性较好,近似误差满足工程精度要求。

铁棍山药水溶性粗多糖提取工艺的研究

研究确立了山药多糖微波辅助水浴法提取工艺与提取率的数学模型。在单因素试验的基础上,通过响应曲面法研究分析了微波功率、微波时间、料液比对山药多糖提取率的影响,并建立了微波辅助水浴法提取山药多糖的最佳工艺∶料液比1∶25、微波时间93 s、微波功率500 W、水浴温度80℃、水浴时间2.5 h;在此条件下山药多糖的提取率达到10.56%。

基于双曲函数的Bézier型曲线曲面

通过引入形状参数,在双曲函数空间中构造了一类广义Bézier曲线,称其为HC-Bézier曲线。该曲线具有类似Bézier曲线的优良性质。当控制顶点固定时,通过调整形状参数可以调整曲线形状,从而使得曲线的调整更加灵活。HC-Bézier曲线既可以精确表示直线段,又可以精确表示双曲线等二次曲线段。

基于Trucksim的弯道安全车速模型研究

为提高车辆弯道行驶的安全性,针对汽车弯道行驶中侧滑、侧翻等侧向失稳问题,选用某型商用车为研究对象,考虑车辆悬架的动刚度特性和轮胎的非线性特性等,通过Trucksim软件建立了整车动力学模型,在平直路面上进行了不同弯道半径、不同附着系数与通过车速的交互仿真试验,然后在曲面函数拟合的基础上结合仿真实验数据建立了安全车速与附着系数、弯道半径的数学模型。通过Matlab仿真将本文模型与现有的弯道安全车速计算模型进行对比分析,该模型得到的弯道安全车速值在现有模型的计算值之间,同时在当路面附着系数在上升到某一定值后,通过模型计算出的安全车速值还呈现出车速峰值现象,反映出了通过弯道时的侧翻现象;最后,采用Trucksim软件对转弯半径为250 m、附着系数0.7的弯道仿真,使得出的安全车速值与该模型得到的安全车速值进行对比,本文模型将计算误差从传统计算模型的16%降低到了1.4%,提高了计算精度。该研究为车辆转弯时的侧翻、侧滑评价以及车辆转向行驶的主动安全控制提供了参考。

L-苹果酸降解菌酿酒酵母降酸功能影响因素分析

为了使降酸酿酒酵母FM-S-115在果酒发酵过程中发挥优良的降解L-苹果酸的功能,利用单因素实验分析影响FM-S-115菌株降酸功能的主要因素,利用中心组合设计建立FM-S-115菌株降酸率与主要影响因素之间的数学模型,获取最佳降酸条件。研究结果显示,发酵温度、接种量和SO_2质量浓度为主要影响因素,最优条件为发酵温度26.26℃,接种量(体积分数)为5.15%,SO_2质量浓度为81.08 mg/L。采用上述优化后的条件,FM-S-115的降酸率达38.11%,与37.98%接近,说明该实验模型的可操作性高。

地下采矿引起的地表下沉的动态过程模型

分析了由地下采矿引起地表下沉的动态过程的Knothe时间函数模型的不足,在原Knothe时间函数中增加了一个以常数k为参数的幂指数,增加参数后的时间函数模型经理论分析符合地表点下沉的动态过程、速度变化过程和加速度变化过程;改进后的时间函数模型中参数c决定地表点下沉过程时间的长短,参数k决定地表点在时间轴上的下沉路径及达到最大速度所需的时间;用改进后的时间函数模型对某矿沉陷盆地倾向主断面上下沉量最大点的下沉过程的观测资料进行了拟合,即用经验方法确定参数c后,再用最小二乘法确定参数k。研究结果表明,该模型可较准确地拟合实测曲线。用改进后的时间函数模型结合沉陷盆地主断面的剖面函数模型,建立了主断面地表下沉曲线变化的动态过程模型,该模型可求出沉陷主断面或沉陷盆地某一点在某一时刻的下沉量、下沉速度和加速度。

基于频响函数截断奇异值响应面的有限元模型修正

考虑由于模型参数误差造成的有限元模型偏差的问题,提出一种基于频响函数截断奇异值响应面的模型修正方法。利用傅里叶反变换将结构频响函数变换为时域内的脉冲响应函数,通过延迟坐标法重构脉冲响应函数的相空间矩阵,进而对相空间矩阵进行截断奇异值分解,提取有限个较大的奇异值作为频响函数的特征量。以待修正模型参数为样本集输入,截断的奇异值为样本集输出,建立支持向量机响应面模型并进行训练,以逼近模型待修正参数与频响函数的特征量之间的非线性映射关系。以目标频响函数的特征量与支持向量机响应面模型输出的特征量之间的差值最小化为目标,利用遗传算法通过优化求解参数修正量。仿真计算表明:支持向量机的保留奇异值响应面能准确预报训练集以外样本的保留奇异值,具有较强的泛化能力;结合遗传优化算法能获得准确的参数修正量,算法对噪声有较强的鲁棒性。

基于径向基函数响应面方法的超大跨悬索桥有限元模型修正

基于径向基函数响应面建模和遗传算法相结合的有限元模型修正方法,得到能反映结构真实状态的超大悬索桥有限元分析模型。首先利用灵敏度分析方法选取待修正参数和可用的特征量信息,以中心复合试验设计方法构造不同摄动水平下的待修正参数样本,通过有限元模型的静动力分析计算不同参数水平下的特征量样本;然后,以待修正参数样本和特征量样本为结构系统输入和输出,建立能逼近大型结构系统设计参数与特征量之间复杂隐式函数关系的径向基响应面模型;最后,基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法对结构有限元模型进行修正。以国内湖南某超大跨钢桁架悬索桥为对象,采用高斯径向基函数响应面模型,基于成桥静动力试验监测数据,对该桥的三维有限元模型进行修正。研究结果表明:修正后的有限元模型能够更真实地反映结构的物理状态,较好地体现了该桥梁结构的真实静动力特性。

船舶结构多学科设计优化近似方法的比较(英文)

随着船舶结构设计日益复杂,使用统计学方法为复杂的计算机分析建立近似模型已经逐渐成为一种趋势。文章简要地介绍了三种多学科设计优化中常用的建立近似模型的方法;响应面、Kriging和径向基神经网络,并通过两个算例对其性能进行了比较。建立近似模型所需的样本点由一系列随机正交表提供,三种近似方法的性能则通过误差分析来进行比较。除了常用的二阶响应面模型,文中也构造了三阶响应面模型来进行比较。研究结果表明:Kriging方法以其准确性和稳定性,比其它方法更加适合船舶结构的多学科设计优化。

微动面波的介质响应和H/V谱特征研究

目前,微动面波信息研究的主要方法是对面波中的Rayleigh波成分进行相关性分析.为了充分有效的利用面波信息和提高识别的准确度,本文基于微动面波H/V谱的基本原理,通过对给定模型的数值计算,得到了微动面波的介质响应曲线和H/V谱,分析了面波中Rayleigh波和Love波多模式波的介质响应和H/V谱特征.结果表明微动面波的介质响应特征与地层界面具有一定的对应关系,且在H/V谱中Rayleigh波和Love波的主频具有一致性,Love波的利用对H/V谱具有增强作用,文中也指出了H/V谱法在高频应用领域中有待进一步解决的问题.由于该方法使用的是地微动噪声中的面波信息,不需要专门的震源,因此具有经济快捷、应用范围广泛等优点,将可能成为一种新的有很好应用前景的地球物理勘探方法.