基于遗传算法的空箱式挡土墙多目标优化设计

为高效、准确、自动化地实现空箱结构的优化设计,以空箱式挡土墙为研究对象,基于Python语言和ABAQUS软件进行参数化建模,实现了结构建模及有限元计算分析全套流程的自动化。结合某水闸工程中的一座空箱式挡土墙结构,以多个强度和稳定性指标的最优化和混凝土体积的最小化为目标,以规范要求的指标阈值、几何尺寸和体积限制为约束条件,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)进行空箱式挡土墙多目标优化设计。为进一步提高计算效率,基于人工神经网络算法建立了代理模型,实现了与实际有限元模型的高度近似。结果表明,依据所提出的优化设计方法进行空箱式挡土墙多目标优化设计,可以在有效控制强度和稳定性的前提下尽可能地缩减混凝土用量,具有显著的经济效益。

一种高真空零部件放气率测试装置的研制

材料的真空放气特性是聚变装置需重点研究和关注的内容。为了研究大尺寸组件在聚变装置真实运行环境下的放气特性,基于对称结构流导法针对性设计研制了一套放气率测试装置,该装置能模拟聚变装置烘烤温度条件(室温~300℃)且测量范围覆盖(10^(-5)~10^(-9)) Pa·m^(3)·s^(-1)量级。此外,重点针对样品室的加热、冷却系统进行热仿真验证以确保零部件在放气率测试时能模拟其在托卡马克真空室内烘烤过程中的温升工况。装置样品室尺寸为φ500 mm×600 mm,主体材料使用SUS316L不锈钢且内表面采用超高真空工艺处理。样品室设计有加热平台和真空室外壁的联合加热模块,以实现对被测样品25℃~300℃的加热;样品室隔热层外侧设有水冷系统以保障降温效率和人员接触安全性。对样品室的烘烤、冷却设计进行热仿真分析发现:隔热层起到了有效的保温隔热作用,内外层温差近150℃;水冷系统起到显著的降温效果,使人员接触的最外层区域温度不超过55℃;在联合加热模式下的升温效率和加热能力优于仅使用样品台热传导升温。初步测试表明,装置可实现稳定的可控烘烤性能,本底放气成分分析表明该装置本底清洁运转良好,可以满足聚变装置零部件的放气率测试要求。

大型综合环境试验箱试验设计及速度场研究

大型综合环境试验箱作为大型设备环境适应性及可靠性试验的重要设备之一,对产品的性能及评估优化具有重要作用。本文的目的是通过系统阐述大型综合试验箱的工作原理及设计,为后续的系统优化提供依据;同时利用CFD数值模拟计算得到不同送风速度下的速度场分布。数值模拟计算结果表明,空箱运行时,试验箱内会形成回旋涡流现象;但增加振动台及试验件时,这一现象消失,但送风侧的速度下降;随着高度地升高,气流速度呈现先下降后上升的趋势;增加振动台及试验件时,对速度场的扰流作用较大。

双层多舱综合管廊设计要点与实例分析

随着综合管廊建设的不断发展,纳入综合管廊的管线种类日益增多,综合管廊舱室数量随之增加,需考虑将舱室进行合理布置,从而提高地下空间的利用效率。通过优化管线布局,将综合管廊舱室上下叠放,可有效减少管廊对城市地下空间的占用,为满足城市发展需求提供了新思路。以某综合管廊工程为例,对双层多舱综合管廊工艺设计、结构设计及基坑设计三方面进行分析,总结了双层多舱综合管廊设计要点,为类似工程提供实践经验和参考依据。

一种深水大功率电源承压舱的研制

针对深水电磁发射大功率电源的特殊需求,设计了一种为电源、电子器件等设备提供安装空间的水密承压舱。对该承压舱的结构特点、密封形式和散热方式进行了研究。使用Pro/E软件建立了承压舱的三维模型,应用集成于Pro/E内的ANSYS Workbench软件对承压舱壳体强度、刚度和稳定性进行有限元分析,并对实物样机进行压力釜模拟外水压和全系统温升试验。结果表明:该承压舱能够承受的外水压不少于1000 m,电源模块最高温度稳定在90℃以内,结构、密封和散热设计合理可行,满足使用要求。本分析设计方法及验证结果为后续类似及更大水深耐压壳体的研制提供了参考。

真空容器设计

介绍了特大型真空容器的结构形式、活动大门设计 ,并对容器设计中的一些重要问题的工程处理、大开孔补强、容器稳定性有限元计算过程和结果作了分析说明。通过试验使用证明 。

深立井连接硐室群围岩稳定性分析及支护对策

针对深立井连接硐室群围岩稳定性控制和支护技术难题,在工程地质调查的基础上,结合室内岩石力学试验,基于广义的Hoek-Brown强度准则取得了岩体力学参数,进而采用数值模拟方法对硐室群在开挖过程中的围岩位移规律和塑性区范围进行了分析。根据数值模拟结果优化了硐室群的支护结构设计方案,并通过深浅孔方式的滞后注浆技术对围岩做进一步加固,围岩变形规律和支护结构受力的现场实测结果验证了优化支护结构的合理性,形成了深立井连接硐室群围岩失稳的控制对策。

煤矿井下救生舱舱体结构设计与分析

阐述了煤矿井下救生舱的国内外研究现状,并在分析国内煤矿井下工作环境的基础上进行了救生舱舱体的基本结构设计,通过有限元仿真软件ANSYS Workbench对舱体进行了静载分析,讨论了救生舱舱体的基本结构形式,为救生舱的研发提供了一定的参考依据,并提出今后救生舱舱体的设计急需解决的问题。

两种双腔串联压电泵结构设计与性能比较

为研究结构形式对双腔串联压电泵输出性能的影响,根据其工作原理,设计了有导流槽和无导流槽两种结构形式的双腔串联有阀压电泵,并加工制造了试验样机,分别以水和空气为介质进行输出性能比较试验.试验结果表明,在110 V正弦交流电驱动下,有导流槽结构的双腔串联压电泵流量输出性能更好,输出的最大液体和气体流量分别为1100和650 mL/min,但容易在导流槽内残留气泡;两者压力输出性能整体上比较接近,最大输出压力可达100 kPa;无导流槽的双腔串联压电泵整体自吸性能更好,最大自吸高度为45 cm水柱.

救生舱板壳结构抗冲击结构安全分析及优化对策

为获得强度高、质量小、容积合格的救生舱板壳结构,在静力学分析的基础上,结合钢制压力容器标准,确定板壳结构的基本尺寸。然后,考虑板壳结构可能出现的失效形式,设计了4种尺寸详细的板壳结构,包括内部焊接扁钢、矩形管、外部焊接扁钢、外矩形。利用动力学有限元方法,进行了板壳结构抗爆炸载荷模拟,计算结果显示几种板壳结构位移均低于20 mm,最大应力均不超出强度极限,证明均未发生变形失效或破坏失效,结构可靠。薄弱环节出现在中舱段中间位置、端面壳体中间位置及加强筋中间位置及拐角焊接处。根据仿真数据,分析几种加强筋提高壳体强度、刚度的能力,得出小型舱可在壳体外部焊接矩形管,中型舱可在内部焊接纵向起筋的扁钢,大型舱可在外部焊接矩形管加强筋的同时内部焊接扁钢加强筋的结论。模拟结果与文献的实验结果吻合,验证了所用模拟方法的有效性。对薄弱环节进行局部加强,提高板壳结构的抗冲击性能。

基于OptiStruct的载人航天环境模拟舱结构优化设计

目的探讨利用优化设计分析方法进行载人航天环境模拟舱舱体结构设计可行性。方法基于Opti Struct优化分析软件,采用数学规划方法,结合模拟舱设计需求,确定设计变量、约束条件和优化目标,建立某舱优化模型。结果通过静力和屈曲分析得出舱体壁厚可减少1 mm,减重1 t,并使用常规设计方法对优化分析后的结构参数进行了验证,其结果满足标准要求。结论采用优化设计方法开展载人航天环境模拟舱舱体结构设计校核,可以得到更加合理、经济的设计结果。

OTC-Ⅰ型开顶式气室优化设计与性能分析

为了模拟CO2、O3质量浓度升高的环境条件,OTC-Ⅰ型优化开顶式气室设计实现计算机自动控制气室内的气体质量浓度,其它环境条件接近自然状态,气室内空间适合木本植物生长。对气室性能试验分析结果表明,高质量浓度CO2处理(700μmol/mol)的变异量≤4%,高质量浓度O3处理(80mmol/mol)的变异量≤9%,说明处理气室内CO2与O3质量浓度比较稳定,各重复气室之间控制气体质量浓度无显著差异。本套系统可用于植物对气候变化的响应研究,所得数据相对可靠,是模拟气体环境的较好装置,适用于长期的监测研究。

芭蕉河一级水电站溢洪道闸室三维有限元分析

在利用三维有限元方法对芭蕉河一级水电站溢洪道闸室的四种方案在不同工况下的应力和变形情况进行分析基础上,确定该四种方案的控制工况,并对各方案在控制工况下闸室各关键部位的应力和位移峰值进行比较,得出峰值应力和位移的变化规律,为该溢洪道闸室的结构设计提供依据.

低温真空腔体结构设计及传热分析

为适应未来航天低温光学系统的需要,研制了1套测量光学元件低温场和低温变形的系统。该系统由真空机组、低温真空腔体、防振系统、测量装置等主要部分组成。其中低温真空腔体是该系统中关键的装置,为光学元件的低温真空实验提供了必要的条件。对低温真空腔体的结构设计、真空度和传热进行了分析探讨,并且对梯形薄壁绝热支撑进行了详细结构热分析和COSMOSWORK软件的传热分析,结果表明可以满足低温真空的实验要求。

高压焊接试验舱的设计及其关键问题研究

介绍了高压焊接工艺研究试验装置的总体方案 ,重点讨论了高压焊接试验舱的结构设计及其关键问题 ,即基于疲劳分析的本体结构设计、快开锁紧结构设计、安全连锁装置设计等问题。其中 ,快开锁紧结构的设计 ,采用了具有弹性接触的有限元应力分析法。为加工、制造国内第 1套全尺寸高压干式焊接舱奠定了基础。

PECVD热流场数值模拟的可视化研究

利用数值模拟的温度场、速度场的数据与虚拟现实系统开发的软件开发包Open Inventor接口,结合C++语言在VC平台上实现了PECVD(等离子体增强化学气相沉积)反应室内气体的温度场和速度场的可视化。可视化结果能够准确直观地展示PECVD反应室内气体的温度场和速度场分布情况,为反应室内结构优化设计提供合理化建议;该可视化具有"沉浸感",为优化PECVD生长氮化硅薄膜的工艺参数提供依据,对于使用PECVD生长高质量薄膜材料的太阳能电池具有现实意义。

轻型复合材料泡沫夹层机翼结构设计与分析

在给定外形尺寸的设计要求下,提出1种全复合材料轻型机翼结构设计模型。首先,采用薄壁工程梁理论,对2种机翼剖面构型(单闭室和三闭室)在三点弯曲载荷条件下,进行了正应力与剪应力分布计算。并对初始设计方案机翼进行了三点弯曲载荷下的加载破坏试验,随后选取了ABAQUS软件中1种适合于此类机翼模型的数值模拟方法,建立了机翼结构数值分析模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。以破坏载荷作为衡量机翼结构极限承载能力的指标,以载荷/质量比作为衡量机翼结构效率的指标,设计了4种结构类型,10个方案的全复合材料机翼结构模型,并对每种方案进行了有限元分析。最后提出了1种在三点弯曲试验条件下,满足设计要求,并且承载能力强、结构效率高的全复合材料轻型机翼结构设计方案。

工艺腔室温度场轮廓特性分析及传热结构设计

反应腔室晶片表面温度分布是影响薄膜沉积均匀性的重要因素。本文以载有晶片的典型化学气相沉积反应腔室为研究对象,考虑了晶片与加热盘之间的微小间隙导致的低压下流固接触面的温度跳跃现象,建立了腔室温度仿真模型。通过模型和实验研究了腔室气压和气体流量对晶片表面温度分布的影响,并研究了温度分布轮廓的调节方法及传热结构设计。研究结果表明,晶圆表面平均温度随气压的增加而增加,随气体流量的增加而降低,晶片从中心到边缘温度分布轮廓存在下降的趋势。通过在加热盘和晶片之间加入阻抗介质,可以有效调节晶片表面温度分布轮廓。本文最后通过仿真手段,得到了能使晶片表面温度均匀分布的阻抗介质表面形状。本文的研究结果对指导腔室结构设计和工艺控制具有重要意义。

弯曲段壁面冲击发散冷却效率的实验

为了研究回流燃烧室弯曲段采用冲击发散冷却结构形式对冷却效率的影响规律,设计了多种不同几何尺寸的计算模型,采用试验方式分别对其冷却效果进行了试验研究,得出了如下结论:(1)吹风比对冷却效率影响显著,随着吹风比的增大冷却效率升高。沿整个弯曲段冷却效率呈现先增加后减小的趋势,但是变化幅度很小。(2)弯曲段冲击发散冷却结构发散孔倾角对冷却效率影响很大,冷却效率随着发散孔倾角的减小而增大。(3)发散孔纵向间距小的发散孔板冷却效率高于纵向间距大的发散孔板的冷却效率。

三腔串联压电泵的结构设计与试验测试

为研究增加腔体数目对压电泵输出性能产生影响,结合多腔体串联压电泵的工作特点,采用带有被动截止阀的工作方式,设计了一种结构新颖的三腔串联压电泵.理论分析了在压电振子不同工作方式下三腔串联压电泵的工作特点,获得最佳工作方式,并通过样机的试验测试进行验证.以水为工作介质,对三腔串联压电泵输出能力进行了试验测试,将输出结果同双腔串联压电泵进行比较.结果表明:三腔串联压电泵流量输出同两腔串联压电泵比较有所降低,前者约为后者的0.7倍,但压力输出有所提高,前者为后者的1.5倍;增加腔体数目会进一步提高串联压电泵的输出压力,但却减少了输出流量;所设计的三腔串联压电泵,在110 V正弦交流电驱动下,最大输出流量可达860 mL/min,最大输出压力可达80 kPa.