螺旋桨低频宽带噪声影响参数研究与流—声多目标优化设计

文章以谱方法为理论基础,以条带法为数值求解方法,针对Sears力响应函数引入厚度修正,建立了螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法。通过对比10叶模型螺旋桨水筒试验数据,验证了厚度修正的效果,厚度修正后总声级误差由2 d B减少至1.1 d B。文中利用厚度修正后的预报方法,从三个层次六个方面对影响螺旋桨低频宽带噪声的参数进行研究,并实现了流-声多目标优化设计:(1)单个螺旋桨影响参数灵敏度分析:1外半径型值对总声级影响较大,而内半径几乎没有影响。2利用Sobol灵敏度分析法对两个不同叶数螺旋桨的流场参数和螺旋桨参数进行研究发现:不同桨叶下各参数影响因子几乎一致,来流速度对于螺旋桨低频宽带总声级有最大贡献,约为30%的正效应,其次是湍流度约为22%的正效应,而湍流积分长度仅占7%的负效应。(2)单个螺旋桨流—声多目标优化设计研究:以NSGA-Ⅱ为优化算法,结合非定常面元法和低频宽带噪声预报方法,实现流-声多目标优化设计。(3)多个螺旋桨相对关系稳健性分析:对不同螺旋桨低频宽带噪声相对关系稳健性进行研究,分析湍流积分长度和湍流度变化的影响。该文的研究成果为下一步将低频宽带噪声纳入螺旋桨设计考核指标奠定了理论基础。

动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨,并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。该研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型,分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明:结构模态频率符合头车设计规范;声场模态存在与结构模态相近的特征频率,为后续耦合共振优化提供依据;内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化,论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果,对动车组头车结构进行了两项优化设计:以车体质量最小化为目标,车身厚度为设计变量,在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计;为避免耦合共振影响,提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次,将二者的频率差最大化作为优化目标,引入车体减重设计模型,形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

基于NSGA-Ⅱ的内外液流通道筒式磁流变制动器优化设计

【目的】针对传统磁流变制动器磁场利用率不高的问题,设计了一种具有内外流道的筒式磁流变制动器。【方法】通过将隔磁环和隔磁盘集成在导磁材料旋转套筒和定子磁缸内,使得磁力线蜿蜒穿过内外液流通道的6段有效阻尼间隙,从而在制动器外形尺寸不变的前提下提高了转矩性能。阐述了内外液流通道筒式磁流变制动器的结构和工作原理,同时建立了制动转矩的数学模型。在电磁场和转矩分析的基础上,通过理论计算和DOE实验正交法预测模型精度,并利用NSGA-Ⅱ算法对内外液流通道筒式磁流变制动器进行多目标优化。【结果】结果表明,当加载电流为2.0 A时,制动器的转矩最大值由36.38 N·m提高到47.35 N·m,相比优化前提升了30.15%;转矩动态可调范围系数由18.28提高到21.31,相比优化前提升了16.58%。【结论】优化后的制动器满足无人配送小车的制动性能需求。

综合客运枢纽疏散流线设计优化方法

综合客运枢纽内部人员密集、通道网络复杂,且进出口数量较多,客流疏散效率不易提高。针对这个问题,不同于现有研究大多考虑改造物理设施,本文提出了通过控制通道开闭状态及通行流向,充分发挥既有设施通行能力的疏散流线设计优化方法。设计了由系统输入、疏散仿真及疏散流线优化模块组成的疏散流线设计仿真优化框架。其中,系统输入模块包含疏散需求、疏散网络、疏散行为参数;疏散仿真模块用于给定疏散流线方案下疏散效率的模拟测算;疏散流线优化模块则基于疏散仿真模拟结果迭代优化疏散流线方案。疏散仿真方面,考虑到行人在疏散途中可能动态修改疏散路线的特点,基于Logit模型构建了行人疏散择路行为模型。疏散流线优化方面,为提高疏散效率,避免局部通道过于拥挤,设计了以整体疏散时长、所有个体总疏散时间和通道最大饱和度最低为目标的疏散流线优化模型,并应用基于NSGA-Ⅲ的疏散流线多目标优化算法进行求解。以虹桥火车站到达层疏散场景为例开展模型验证,结果表明:相比于常规情况无特殊流线设计的疏散方案,优化方案的整体疏散时长、所有个体总疏散时间和通道最大饱和度分别降低36.2%、16.6%、51.6%。该方法对建设安全高效的综合客运枢纽内部行人疏散系统具有较好的参考及应用价值。

基于目标传递和代理模型的水下结构振动声辐射设计优化

基于目标传递法和代理模型实现了水下结构振动声辐射的设计优化。目标传递法用于实施多级优化,Kriging代理模型用于解决水下结构振动声辐射计算量过大而无法实施设计优化的问题。以水下加肋板结构的振动声辐射为例构造了一个两级优化设计问题来验证所用方法的有效性。选取板厚,加强肋高度和加强肋宽度作为设计变量,以结构质量、共振频率、共振频率处的声功率级和共振频率间的差值作为优化目标来进行设计优化。研究结果表明Kriging代理模型可实时准确地代替耦合计算模型预报水下结构振动声辐射响应,使用目标传递法会由于目标权重和协调机制的不同而导致不同的优化结果,设计者可以根据实际需要从优化结果中选择合适方案。

考虑气泡非均匀耗散的矩形反应器声流场数值模拟及结构优化

声流效应能够有效强化声反应器内的传质过程,大型声反应器中声流驱动力主要来源于声波非线性耗散。以大型壁面式声反应器作为研究对象,采用考虑气泡非均匀分布的非线性声学模型预测声场,耦合声体积力求解三维声流场分布,通过粒子图像测速技术验证模型准确性,研究了超声功率、反应器宽度和液位高度对声流效应的影响规律。结果表明,提高超声功率能够显著提升声流效果,但密集的空化气泡会产生强烈的耗散,导致空化能量的转化率降低;狭窄空间严重阻碍声流发展,反应器空间过于宽阔无益于扩大高流速区域,反而会降低整体的声流强化性能,变化曲线表明40 kHz、60 W驱动条件下能达到最优声流效果的最佳响应宽度和高度分别在200 mm和100 mm左右。

基于多目标遗传算法的新型三通管形优化设计方法

传统T形三通管的流体动力学仿真表明,在管形分支处会产生强烈的涡流区和二次流现象,并产生了较大压力损失。论文提出了一种新型三通管形,将直角支管部分设计成两段弯曲的形式,以优化区域的长度以及两段弯曲管路的半径为设计变量,以最小化二次流和压力损失为目标,采用多目标遗传算法,对新型三通管的结构参数进行了优化设计。优化后的新型三通管比传统T形三通管二次流减小了76.98%,压力损失减小了13.05%。为分支管路的设计提供了参考。

基于多目标的磁流变减振器优化设计

引言 作为20世纪世界百大科技发明之一．磁流变减振器具有输出阻尼力连续可调．响应迅速，功耗低等优点。目前美国Lord公司．德尔福等公司等已开发出商业产品。

复合材料声呐导流罩铺层的遗传算法优化设计

以复合材料力学经典层合板理论为基础,利用MATLAB编程联合ANSYS有限元分析,建立了复合材料声呐导流罩铺层结构优化平台。首先对单向载荷下的层合板铺层结构进行优化,并和实验结果相比较,验证了该优化平台的有效性。结果表明,优化后的层合板强度有了较大提高。在此基础之上,根据水下实际载荷工况,对声呐导流罩的铺层进行了优化设计,并利用ANSYS有限元分析对优化后的铺层进行应力应变分析。结果表明,声呐导流罩强度性能显著提高,实现了声呐导流罩铺层的优化设计。

基于多目标遗传算法的支承磁轴承的磁流变液阻尼器优化设计

将磁轴承支承在磁流变液阻尼器上,可通过控制磁流变液流变来改善磁轴承系统对振动的抑制。为了得到更好的减振效果,提升磁流变液阻尼器的性能,有必要对磁流变液阻尼器的结构参数进行优化设计。在磁场有限元分析的基础上,以径向垂直通过磁流变液的最大磁通密度为优化目标,利用多目标遗传算法,对磁流变液阻尼器结构参数进行了优化设计并解决了磁流变液阻尼器和磁悬浮轴承磁场的耦合问题。优化后阻尼器两端磁流变液上的磁通密度得到了较大提高,阻尼力获得了更大的可调范围,这为磁流变液阻尼器设计提供了参考依据。

磁流变阻尼器的多目标优化设计与实验研究

针对现有磁流变阻尼器功耗大、输出阻尼力低的问题,以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标,建立磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型;采用多目标遗传算法对其结构参数进行优化,得出最优解;对优化后的磁流变阻尼器进行试验研究,验证所选参数的合理性。研究结果表明:优化后磁流变阻尼器的平均功耗降低了46%、最大阻尼力增加了30%;磁流变阻尼器的功耗与阻尼力之间存在相互平衡关系,为磁流变阻尼器的参数设计提供了理论和实验依据。

基于ANSYS Workbench的换流阀主水管吊装工装多目标优化设计

针对特高压直流换流阀主水管吊装过程变形过大问题,基于ANSYS Workbench(AWE)设计了专用工装,首先通过积分法推导出工装主梁挠曲线方程,然后以降低主梁最大变形、最大应力和减少质量以及提高抗压稳定性为主要目标,利用AWE的多目标遗传算法对工装主梁截面尺寸及吊点位置进行了优化设计。结果表明,优化后的主梁质量减少了12.04%,最大变形和最大应力分别降低了31.58%和12.72%,优化效果显著。

异型挑流鼻坎的多目标优化设计

以挑坎末端出挑速度的最小值和水流对挑坎末端固体边界的压强最小值作为目标函数,采用自适应模拟退火算法和序列二次规划算法相组合的组合优化算法,以挑坎半径作为设计变量,以水流入口速度和挑坎在水平方向的长度作为约束条件,对某水库异型挑流鼻坎进行优化设计。优化结果表明:该优化模型及其计算方法在实际应用中效果良好,可有效减轻水流对下游的冲击强度和缩小水流的影响范围。结果可为决策者提供科学参考依据。

泵站虹吸式出水流道优化设计

对虹吸式出水流道的型线进行数学建模的基础上,开发了基于流道参数的优化设计软件,该软件能够快速进行流道型线的绘制,并能使流道的型线自动符合流速渐变的原则.结合三维紊流数值模拟对流道内流场进行三维空间的仿真,检验了流道的水力性能.建立了以虹吸式出水流道水力损失为目标函数、驼峰断面位置为求解变量的最优化问题数学模型,求解结果表明:当驼峰位于流道进口的正上方,即进口弯管段变为近似直管时,整个虹吸式出水流道的水力损失为最小.说明在设计虹吸式出水流道时,在泵站结构布置允许的条件下,驼峰的位置应尽可能向流道进口方向靠近,以减小出水流道的水力损失,提高泵装置效率.

基于多目标遗传算法的异型挑流鼻坎优化设计

为有效降低水流对地面的冲刷,建立了基于多目标进化算法的挑流鼻坎的多目标优化设计模型。目标函数为水流冲击墙壁的造成的压力最小化和水流冲击墙壁速度最小化;设计变量为挑流鼻坎过水宽度和最终离开挑坎的高度;约束条件为固体边界、空气边界和进口流速。分析表明该优化设计方法对于挑流鼻坎的体型设计具有现实指导意义。

双线圈旁置式新型磁流变制动器的设计与优化

为提高传统单线圈混合式磁流变制动器的制动力矩,提出了一种双线圈旁置式新型磁流变制动器.利用一种新的线圈安装方式,增大了制动盘圆柱面的可控作用面积,从而增大了磁流变制动器的制动力矩.基于Herscher-Bulkley模型,提出了双线圈旁置式磁流变制动器的力矩模型与磁路设计方法,并在特定条件下对其进行了多目标优化.研究结果表明：与单线圈混合式相比,在相同体积条件下,双线圈旁置式能产生更大的制动力矩;而为了充分利用磁流变液的流变性能,获得更紧凑的结构,双线圈旁置式磁流变制动器的宽度应在80-100mm之间,长宽比的合理范围应在0.6-1.2之间;优化后在制动器质量基本维持不变的情况下,制动力矩提高了11%.研究结果可作为磁流变制动器的设计参考.

基于机器学习的斜流压气机多目标优化

针对100公斤级涡喷发动机,为了提高斜流压气机性能,利用编码搭建的BP神经网络-遗传算法平台,对叶轮入口轮毂半径、叶轮叶片数、扩压器轴向长度和扩压器叶片数进行压气机级的多目标优化。结果表明:优化后的压气级总压比提高了3.2%,等熵效率提高了7.9%,工作稳定性大幅度提高;优化后的斜流压气机叶轮出口处的泄漏流得到明显的改善,扩压器转弯段逆压梯度和附面层影响减小。

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题。函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析。以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能。

涡声理论在汽车A柱气动噪声优化中的应用

涡声理论表明气流流动产生的噪声主要取决于声源项涡量与速度叉乘项的散度的强弱。基于涡声方程,通过分析汽车A柱附近流场中速度、涡矢量以及两者间夹角正弦值等物理量与气动噪声之间的关系,找到了影响A柱气动噪声的主要气动参数。研究表明,A柱区域气动噪声声压级与流场中速度和涡矢量的叉乘变化规律一致,进一步分析涡量、速度以及两者夹角正弦值等三个流场气动参量发现,三者中绕A柱轴向的涡量对噪声的贡献量最大。据此,通过在A柱上沿涡量方向加装扰流条可以有效控制A柱区域气动噪声;其中,增加16个扰流条的措施,可使前侧窗表面噪声最大降低4.2 dBA,对测点声压级的频谱分析表明该方法在较宽的频段内均有降噪效果。

基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法

为了表达混凝土多相介质在搅拌过程与其搅拌叶片间的动力学关系,实现混凝土搅拌叶片结构形态的快速设计,提出基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法。即利用欧拉-欧拉流体动力学方法表达在叶片动边界条件下,混凝土多相介质(石子、泥浆及水等)的流场分布,再通过数值统计处理方法定量化地评价搅拌叶片的搅拌性能,利用响应面函数构造不同叶片动边界条件下的搅拌性能近似模型,以此快速地获得搅拌叶片的优化形态。此基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法,降低了设计成本,缩短了设计周期,有效地解决了动边界条件下多相流体模型的大自由度动态设计问题,实现搅拌叶片结构的快速设计。