风电主轴承失效分析与优化设计

风电主轴承是风力发电机组的核心部件,其性能直接影响风机可靠性和寿命。通过对4MW风电调心滚子主轴承进行材料、热处理质量、扫描电镜检测分析,结合Romax轴系仿真模型分析轴承两条滚道的受力状态,结果表明受轴向力、倾覆力矩联合作用,轴承出现偏载是导致一侧滚道疲劳的主要原因。对调心滚子风电主轴承进行优化设计并仿真分析,结果表明通过改变接触角进行非对称设计,可改善轴承受力状态。风电主轴承的失效分析与优化设计研究,可为大功率风电主轴承设计提供参考。

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明:初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.

斯特林机帽式密封性能分析及回归参数优化设计

为改善斯特林机活塞杆帽式密封性能,首先采用数值仿真分析了5 MPa工质压力下其静、动态力学特性,从而获取了O型圈内径尺寸L_(N)、C型环径向壁厚T和装配过盈量S这3个关键结构参数对密封性能的影响规律。在此基础上,利用回归设计法以配伍面最大接触压力平稳且密封可靠为优化目标,对密封结构的上述3个关键参数进行优化设计以确定其最佳匹配方案,最后通过密封试验台验证了本文优化设计方法的准确性和普适性。结果表明:活塞杆与C型环密封面中间区域上最大接触压力随L_(N)和S的增大而增大,但随T的增大而减小;通过估计回归系数和方差分析(ANOVA)发现,L_(N)对密封性能影响最为显著、S次之、T影响最小;L_(N)和T、L_(N)和S交互项对响应显著,而T和S交互项对响应不显著;当L_(N)为13.745 mm、T为0.40 mm和S为0.020 mm时,优化密封件对应的正行程最大接触压力为9.01 MPa、回程为9.75 MPa,较工程在用密封件(L_(N)=13.780 mm、T=0.50 mm、S=0 mm)最大接触压力分别降低了14.7%和25.5%。实验进一步验证了优化密封件的密封性能和使用寿命均优于工程在用密封件,并且在不同工质压力下优化密封件的接触压力均匀性更好,减摩延寿效果显著,充分证明本文性能分析与优化设计方法准确有效。

平衡车车架拓扑优化设计与仿真分析

目的本研究以平衡车车架为研究对象,旨在满足模型强度与刚度约束条件的前提下,通过拓扑优化设计实现车架质量的减轻,从而为平衡车车架的轻量化设计提供参考。方法首先,通过SolidWorks软件建立车架的三维模型,然后利用ANSYS Workbench对原始车架进行静力学分析,以获取车架的应力分布情况。在此基础上,采用AltairInspire软件对原模型进行拓扑优化,优化目标是减少车架的质量。结果经过拓扑优化设计,得到了优化后的重构模型。与原始车架相比,优化后的车架质量减少了约54.0%。虽然优化后的车架在满足使用规范的前提下,米塞斯应力有所上升,但仍小于材料的屈服强度,确保了车架的安全性和稳定性。结论本研究通过拓扑优化方法有效地减少了平衡车车架的质量,同时保持了必要的结构强度和刚度。尽管优化后车架的应力有所增加,但仍在材料允许范围内,证明了拓扑优化在车架轻量化设计中的可行性。该方法为未来平衡车车架部件的设计和改进提供了新的思路和参考。

基于教学过程最优化理论的课程思政建设策略——以算法设计与分析课程为例

分析算法设计与分析课程课时少、内容多、理论强等现状,总结算法设计与分析课程思政融入的相互性、时效性、生动性特点;基于苏联教育家巴班斯基的教学过程最优化理论,在优化教学内容基础上,提出三课堂、四要素、七方法的“三四七”课程思政教学模式;通过详细思政案例设计,阐述如何进行合理教学方法的改进和教学实践活动的实施;最后通过教学效果说明学生综合素养整体得到提高。

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。

新工科背景下医学物理教学设计与优化分析

以新工科建设为导向,针对医学物理教学,从学生入学成绩差异、课程时间安排、专业课程建设、考核方式等方面进行实践探索,采用线上线下相结合的教学方式,通过实践教学设计及各因素权重对比分析,进而得到医学院校物理能力培养和高效教学的优化课程方案。

全自动折叠渡板优化设计与仿真分析

作为辅助运载平车装卸车辆的重要工具,传统的折叠渡板存在依靠人力搭建、组装费时耗力与收纳不便等问题。面向具有回转平台的铁路运载平车,设计一种全自动收展的折叠渡板,通过运动学与动力学原理分析折叠渡板的运动特性,研究折叠机构对渡板收展的控制情况,得出折叠机构尺寸参数与受力性能的关系。基于Adams仿真软件输出的轨迹曲线验证了折叠渡板展开原理的正确性,并对折叠机构进行了优化设计,优化后折叠机构各油缸推力均有明显减小,渡板的收展更加省力。研究结果表明:折叠渡板收展灵活,折叠机构受力性能良好,折叠渡板的设计与仿真为新一代折叠渡板的设计及优化创新提供了参考。

高速卷板机涂布辊轴失效分析及优化设计

为解决涂布辊轴在高速旋转时阶梯轴连接处断裂的问题,对涂布辊轴进行了可靠性分析,通过理论计算和有限元仿真分析可知,连接处轴截面直径为110 mm的最大切应力为304.3~417.4 MPa,属于危险载荷。并且该处在4 000 N压力作用下,应力集中处与最大切应力处相同,两者相互叠加使得涂布辊轴在此处发生断裂。基于上述结果进行了尺寸优化分析,并提出了一种渐变型涂布辊轴结构,分析结果表明,其所受应力均在使用要求范围内。

基于学科竞赛的机械优化设计课程教学改革研究

机械优化设计是把机械设计与优化设计理论及方法相结合,借助电子计算机,自动寻找实现预期目标的最优设计方案和最佳设计参数的一种有效的设计方法。应用机械优化设计方法,不仅能使设计周期大大缩短,计算精度显著提高,而且可以解决传统设计方法所不能解决的比较复杂的最优化设计问题。机械类本科生学科竞赛旨在培养大学生的创新思维、创新能力及科研实践能力,将机械优化设计课程教学与机械类学科竞赛相结合,为机械类学生参加机械设计学科竞赛提供理论支撑,对学生高质量完成学科竞赛课题具有重要的指导意义。

多学科设计优化方法在水下无人航行器中应用

为了提高水下无人航行器工作的可靠性和稳健性,本文采用多学科设计优化方法开展航行器的总体设计优化。首先开展水下航行器在总体设计阶段的学科设计,分析了各学科内部的模型和计算方法,明确了各学科输入、输出和耦合关系;开展了学科内参数建模,确立了总体设计的设计变量、系统参数和约束条件。然后以航行器质量最轻和机动性能最强为优化目标,获得设计变量计算最优解和优化设计主要输出结果值。设计变量优化计算值有效提高设计方案满足约束的能力,优化设计主要输出结果为水下无人航行器设计方案的选择提供了定量依据。

数字产品适老化研究综述:需求挖掘、障碍分析与优化设计

人口老龄化与社会数字化的同步发展导致“数字鸿沟”问题日益严峻,加快数字产品的适老化研究与设计已成为业界和学界共同关注的焦点。本文基于国内外数字产品适老化领域近10年(2014—2023年)发表的348篇研究文献,采用系统性综述方法,深入分析了老年用户数字产品需求挖掘、使用障碍与优化设计方面的研究进展及发展趋势。研究发现,目前对老年用户的数字产品需求挖掘主要集中在物质需求、情感需求和精神需求三个层面,着重关注产品使用中存在的感官障碍、认知障碍、行为障碍和心理障碍,并从设计标准、优化对策和可用性测试多个维度开展适老化设计研究与实践。未来应针对数字产品的演进迭代和人口老龄化发展趋势,在研究样本采集、研究方法创新和研究内容拓展等方面作进一步思考。研究结论可为把握数字产品适老化研究热点、聚焦领域前沿和推动理论发展提供有益参考,也可为积极建设老年友好型数字社会提供实践启示。

大型矿用挖掘机履带板故障分析和优化设计

依据现场履带板失效形式,通过理论分析、有限元分析等方法和手段,对履带板现有结构进行改进设计;通过有限元对比分析验证新结构受力状态更好;提供了一种解决现场问题的思路,为以后产品设计和解决现场问题提供理论依据。

基于CiteSpace与bibliometrix的国内外食物设计跨学科研究可视化分析

目的近年来,食物设计逐渐成为国内设计研究与实践领域的热门课题,也成为跨学科设计研究和实践的代表性领域。为把握食物设计领域的国内外研究进展,以CNKI数据库及Web of Science核心合集数据库作为国内外数据来源,并结合定性分析,对国内外食物设计领域进行分析。方法首先,通过可视化文献计量分析软件:CiteSpace与R程序包:bibliometrix工具构建国内外食物设计领域的研究文献知识图谱;其次,借助对文献时间分布特征与节点性论文特征的剖析,以展示食物设计领域的历史发展脉络;再次,通过文献关键词共现分析与文献信息统计,揭示食物设计这一跨学科研究领域的组织脉络;最后,通过关键词聚类分析,推导出食物设计研究的聚类层次和热点。结论研究发现,国内外食物设计研究均具有较强的跨学科特点,交叉学科知识融入设计研究和实践领域的现象逐渐增多。此外,国内外在饮食可持续与饮食健康领域的研究成果较丰富。国外关注于食物设计方法研究、饮食交互体验设计,国内学界更关注地域饮食文化的传承与创新设计。总结出食物设计研究在中国的三个未来发展趋势,为未来食物设计领域的研究与实践提供参考,尤其为面向跨学科的食物设计主题设计教育提供参考借鉴。

电动隐藏式外门把手噪声分析和优化设计

随着新能源汽车的发展,越来越注重车辆智能化和电动化,电动隐藏式外门把手被越来越多地应用在新能源汽车上。电动隐藏式外门把手在开启与关闭时,执行器产生工作噪声,噪声过大或声品质不好会引起用户抱怨。分析电动隐藏式外门把手工作噪声产生的原因,从外门把手本体结构、结构传递路径、空气传递路径和工作控制策略等4个方面进行分析和优化设计,有效降低电动隐藏式外门把手的本体噪声及乘客舱内的辐射噪声,对汽车电动隐藏式外门把手噪声的优化设计具有一定参考价值和指导意义。

斗轮堆取料机俯仰结构的有限元分析及优化设计

该文主要探究斗轮堆取料机俯仰结构有限元模型的构建过程、静力分析和优化设计。该文首先使用UG软件构建俯仰结构模型,然后使用HyperMesh软件对该模型进行几何清理与网格划分。在此基础上,设计俯仰结构有限元分析方案,在施加载荷与边界处理后展开静力分析。结果表明,斗轮堆取料机俯仰结构的等效应力远低于容许应力,结构强度达标。随后选取俯仰结构的前臂架,Ansys软件中的Design Explorer模块展开优化设计,将重量作为优化目标。在不改变前臂架最大等效应力的前提下,前臂架的重量从原来的21767 kg变为18240 kg,重量减幅达到16.2%,优化效果明显。

一种通轴式内转子电动自行车减速装置的设计与优化分析

分析现有电动自行车所用轮毂电动机的整体结构,针对轮毂电动机内转子采用左右半轴结构时出现的不稳定性、噪声较大等问题,优化设计了一种通轴式内转子加减速装置的轮毂电动机结构。基于优化设计理论,以减速装置总体积最小为目标函数进行优化,采用Creo软件绘制优化后的减速装置三维模型,利用Ansys Workbench软件对其进行有限元分析,校核了结构的强度和刚度。结果表明,新设计克服了电动自行车轮毂电动机内采用左右半轴的缺陷,减速装置优化后体积下降了8.6%,且结构设计强度和刚度满足要求,验证了结构的合理性。为电动自行车轮毂电动机结构设计及优化提供了新思路和理论依据。

带式转载机连接托架的力学特性分析及优化设计

为了充分提高带式转载机机械结构强度,设计了一种带式转载机连接托架结构模型。运用有限元分析软件,充分考虑连接托架受到的应力、应变,从静力学属性角度对连接托架进行研究,均衡连接托架的应力分布,减少应力集中区域,优化连接托架结构设计,达到机械强度进一步提高的目的。

基于数值分析的边坡生态挡墙的设计优化

通过分析传统浆砌石边坡挡墙在项目应用中的不足,设计改良一种适用范围广、生态效益好、经济环保、兼具安全辅助功能的自嵌式生态复合挡土墙。采用plaxis有限元软件,对生态挡墙加筋体的布设位置、间距、长度及抗拉强度等进行分析优化,确定最佳的生态挡墙设计方案,推广应用到工程项目中,使边坡的治理成为可持续发展的绿色、生态、安全工程。

复杂工业产品多学科设计仿真优化平台(UniXDE)研究与应用

针对国内外已有的复杂工业产品多学科设计仿真优化框架与平台在多学科模型集成能力、计算能力、协同能力方面的不足,研究和开发国产自主的新一代复杂工业产品多学科设计仿真优化框架与平台UniXDE(unified exploration and design environment)。本平台基于微服务云架构技术构建整体框架,提供低代码仿真优化流程编排、组件化CAD/CAE参数化集成接口、丰富的多学科设计优化算法库、分布式高性能优化计算引擎、可视化计算监控和报告自动生成等功能。通过白车身轻量化、船型优化、飞行器起落架性能优化等工程应用,表明UniXDE可显著提升产品综合性能和设计成功率。