高速飞行器气动控制耦合优化设计方法研究

针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题,提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法,将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多学科优化方法(MDO)相结合,构建了高速飞行器气动控制耦合多目标优化流程架构。在2马赫来流条件下,对带有控制舵的双锥体外形开展了气动耦合优化设计研究,以提升飞行器的气动性能和控制能力为优化目标。结果表明:经过气动控制耦合优化后的最优模型在超声速环境下,升力系数和升阻比分别提升了0.401%、2.999%,同时超调量与控制增益分别降低了2.769%、0.655%,气动性能和控制能力得到提升,验证了耦合策略的可行性;气动控制耦合优化的最优模型不仅使飞行器在超声速工作环境下性能更卓越,还有助于降低后续控制系统的设计难度,提高飞行器设计效率。所提气动控制耦合优化设计方法为高速飞行器的先进设计提供了必要的技术支撑。

基于Ansys的笼型感应电动机优化设计

针对感应电动机设计过程中需要解决降低电机损耗高、工作效率低、功率因数小和操作特性差等问题,设计了一台额定功率20 kW,额定转速3000 r/min的笼型感应电动机,该设计采用Ansys EM中的RMxprt模块对感应电机进行快速建模和有限元分析,优化电机参数后利用Ansys Motor Cad对所设计的感应电机进行电磁场和温度场的耦合仿真.仿真结果表明,和国内外相同类型的感应电机相比,本文设计的感应电动机具有更高的效率,同时损耗和铁心温度也得到降低.

基于达朗贝尔原理的废塑料薄膜耦合振动分选与参数优化设计

为了提高废塑料薄膜的回收效率和利用价值,提出一种废塑料薄膜耦合振动分选方法;基于达朗贝尔原理,建立所提出方法的动力学方程,分析分选效果的影响因素,确定分选效果的评价指标;确定废塑料薄膜耦合振动分选设备的优化设计变量,建立优化目标函数,编写优化程序,得到最优的废塑料薄膜耦合振动分选设备参数;研制废塑料薄膜耦合振动分选设备,对所建立动力学方程进行验证实验。结果表明:当振动床面振动角为48.63°,振动电机角速度为27.62πrad/s且振动床面横、纵向倾角分别为9.41°、12°时,分选效果最好;验证实验的结果与优化程序的结果相近,验证了所建立动力学方程的正确性;相对于传统的风力振动分选方法,所提出方法在相同分选时间内的分选距离增加18.66%,分选效果更好,验证了所提出方法的有效性。

基于Ansys Workbench的间冷岛用清洗装置桁架结构优化设计

以间冷塔用清洗装置桁架为研究对象,采用DesignModeler建立桁架模型,对桁架梁结构的启动、静载及吊装情况进行静力分析,对桁架的强度和刚度进行校核,以位移、综合应力及桁架质量为约束条件,对桁架梁截面的型材进行尺寸结构优化,通过相应曲面分析和目标驱动优化分析找到设计优化点,使优化后的桁架既能满足强度的要求,又能减少材料,从而达到降低成本的目的。

基于ANSYS的电弧炉导电横臂结构优化设计

文章着重探讨ANSYS结构优化在电弧炉冶金设备设计中日益重要的作用。传统的电弧炉冶金中存在着大量设备材料繁重与浪费现象,电弧炉导电横臂在结构设计时存在着大量钢体浪费情况,这些问题不仅影响了导电横臂结构优化设计,也影响了冶金行业设备发展。针对上述问题,采用ANSYS优化分析及正交实验进行研究,提出了电弧炉导电横臂优化结果与优化方案。文章旨在通过ANSYS及正交实验,促进电弧炉导电横臂结构优化及减少材料浪费。

基于ANSYS的振动转接夹具多目标优化设计

为满足多型号固体火箭发动机力学环境试验需求,需提高发动机夹具设计效率及可靠性。基于ANSYS软件对振动夹具进行多目标优化设计,优化后的振动夹具各项特性指标均有所提高,试验控制曲线的准确性得到提高,并通过仿真验证了优化设计方法的有效性。

基于Ansys Workbench的火箭支架结构拓扑优化设计

为降低火箭消极质量,以发动机支架为研究对象进行轻量化设计,基于Ansys Workbench软件,采用实体变密度方法,以结构柔度最小化和固有频率最优化为目标,对支架模型进行拓扑优化。经多个方案的迭代,最终以重构模型质量减轻35%达到轻量化设计目标,为火箭部组件结构设计提供参考。

基于ANSYS Workbench超前支架支撑座的优化设计

针对ZT24000/25/45D型特殊超前支架支撑座在现场使用过程中发生变形、开裂问题,通过SolidWorks参数化建模及ANSYS Workbench有限元软件分析,发现其设计缺陷。对支撑座各危险截面进行受力计算,重新设计支撑座尺寸,在ANSYS Workbench优化模块中调用响应面优化设计其最优尺寸方案,并验证优化的可靠性且使产品轻量化。

可移动式充电桩的结构优化设计

文章主要研究可移动式充电桩的结构优化。通过CATIA构建可移动式充电桩结构的三维模型,并通过ANSYS分析该充电桩在移动过程中4种工况下的静力学和模态特性,根据分析结果对结构进行优化设计并开展验证分析。仿真模拟结果表明:改进后的结构最大应力为115.37 MPa,最大变形为0.76365 mm,质量减少约14%,达到了优化设计的要求。

高速湿式离合器摩擦片表面微织构优化设计

湿式离合器是车辆传动系统核心元件,在高速分离状态下易出现摩擦片和钢片之间的碰撞摩擦,由此引起离合器带排转矩的急剧增大,影响其传动效率和可靠性。因此,本文以降低离合器高速段碰摩带排转矩为目标,对摩擦片表面微织构进行了优化设计。首先提出了摩擦片表面任意微织构形线参数化建模方法;然后选取了微织构的数量、深度、周向占比、径向占比和形线参数,构建了微织构优化的设计变量、约束条件和优化目标函数,通过将试验设计、模拟近似模型和搜索寻优相结合,建立了摩擦片表面微织构优化设计模型;最后进行了微织构优化前后的带排转矩对比试验。结果表明优化后的微织构可显著降低高速段碰摩带排转矩,并大幅推迟摩擦副高速碰摩现象出现的线速度。

基于耦合分析的热流系统协同设计

作为综合能源系统的一部分,热流系统通常在稳态假设下设计其物理系统,在此基础上设计控制器.这种方法忽略了系统与控制器设计间的耦合关系,导致系统暂态性能不佳.为此,本文提出一种协同设计方法,以系统总质量、熵产率以及控制效果为设计度量,基于热流系统数学模型及其熵产率模型,结合嵌套设计方法和同步设计方法完成系统设计.考虑到设计过程中设计参数多、变量范围大的问题,引入时间序列模式距离,构造相关度度量函数来分析物理系统与控制器之间的耦合关系,从而减少非耦合参数.同时,利用数据分析方法进一步缩小了待设计参数范围.为验证方法的有效性,以一个理想热流系统为设计实例,仿真结果表明,通过相关度度量函数及其数据分析,可以将设计参数个数减少66%,选取范围缩小26%.相比于传统顺序设计方法,经过协同设计方法设计的系统控制误差可减少29%,且设计控制器抗扰能力也优于频域方法和SIMC方法.

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。

油田井下WPT系统磁耦合机构优化设计

为优化油田井下无线电能传输系统磁耦合机构,提出一种改进型螺线管型磁耦合机构,采用Maxwell电磁场仿真工具提出一种优化设计方法,并通过研究LCC-S高阶补偿拓扑的特性得到了LCC-S的补偿设计公式和主要电路特性,最后使用PSIM(Power Simulation)仿真软件通过闭环PI(Proportion Integration)控制验证了提出的耦合结构和补偿拓扑的设计可行性和正确性,结果表明,该磁耦合机构适合油井下供电场景。

基于循环工况的电动汽车双电机驱动系统协同优化设计

双电机优化设计需要考虑双电机系统的耦合运行,在传统优化方法中多采用估计效率Map的方法得到双电机系统最优的转矩分配系数。然而在高效电机优化设计中无法忽视估计法带来的误差。此外不同工况下电机的控制策略也不同。为了提高双电机驱动系统全工况运行效率,本文基于两种循环工况,系统地提出了一种电动汽车双电机协同优化设计方法。首先通过参数匹配获得了初代电机参数,接着提出了基于半解析模型的电机效率Map计算方法。基于此方法研究了不同工况下双电机系统的最优转矩分配和控制策略。然后基于粒子群算法,考虑电机不同工况下的控制策略对双电机本体参数进行了全工况优化。最后搭建了半实物实验平台,仿真和实验结果表明,所提优化方法能够提高双电机驱动系统的运行效率。

三自由度精密检测平台结构设计及Workbench响应面优化

孔径测量仪是测量环规直径或量块端度的常用仪器,三自由度精密检测平台是孔径测量仪机械部分的核心,可以稳定支撑待测物,并能进行手动独立调节,满足孔径测量要求。对三自由度精密检测平台进行结构设计,使其满足y向平移、M_(z)偏转、M_(y)倾斜三个自由度的调节。从SolidWorks建立的三自由度精密检测平台装配体中取出底层板三维模型,化简后导入ANSYS Workbench中进行静力学分析,得到其变形云图和应力云图。为降低平台的变形量,在ANSYS中对底层版进行响应面优化分析。响应面优化分析选用中心复合实验设计,设计变量为底板厚度和三个弹簧立柱的支撑力,响应为变形量,得到25组实验点。根据实验结果,利用Kriging插值法建立了底板的响应面模型,并对各相关设计变量进行了敏感度分析。使用多目标遗传算法完成了底板的优化设计,与原始设计的结构方案相比,平台的变形量减少20.1%。

全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计

针对大展弦比太阳能无人机的性能要求,开展碳纤维复合材料太阳能无人机机翼的优化设计。选用NACA4412为基准翼型,利用xfoil软件作为气动计算软件,基于NSGA-Ⅱ优化算法进行翼型优化。在此基础上对机翼进行三维建模,采用CFD软件进行气动特性分析,并利用ANSYS Workbench静力学模块对机翼进行流固耦合分析。结果表明:翼型优化后,升力系数提高4.20%,阻力系数降低8.74%,升阻比提高14.18%;在气动载荷作用下,从翼根向翼尖方向压力逐渐增大,翼尖处最大压力相对外界大气压力为242 Pa;在外载荷作用下,最大应力显示在翼根附近,为61.397 MPa,翼变形的最大值为40.262 mm,整体满足太阳能无人机的允许变形量在5%以内即翼尖变形不得大于半翼展长度值的5%的刚度要求。研究结果可为碳纤维复合材料太阳能无人机设计和研制提供理论参考。

电磁感应热压辊表面温度均匀性优化设计

以线圈内置式的电磁感应热压辊为研究主体,基于电磁场理论和温度场理论,设计了一种有利于提高其温度均匀性的结构,通过在辊内壁安装鼠笼式套筒来分散热源并降低对涡流产生位置的影响,通过在辊体安插导热铜条实现辊体综合热导率的提高并降低辊端与辊中心区的温度差,通过非均匝线圈改变热源位置以使得辊中心区温度均匀性的提高。最后使用Maxwell与Ansys Transient Thermal进行仿真分析,验证了鼠笼式套筒上几乎无涡流产生,并且辊面中心区的温差≤1.58℃、整体加热区域温差<25℃,与优化前相比,整体温差降低146.22℃,优化效果可观,对实际应用和相关技术研究具一定指导意义。

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。

基于增材制造技术的F8型分配阀结构优化设计

基于增材制造技术思路构建了F8型空气分配阀结构模型,利用Fluent软件对F8型空气分配阀内部流道进行仿真优化,利用ANSYS进行有限元仿真进行残余应力和变形量分析,采用试验手段对仿真结果进行验证。结果表明:基于增材制造技术制造的F8型空气分配阀可以实现部件轻量化和提高列车制动性能,中间体相比于原设计可减重89.0%,最小级位常用制动和大级位制动时制动缸充风速率可分别提升13.5%和21.6%,部件残余应力和变形量可满足使用要求。提供了基于增材制造技术的F8型分配阀结构优化设计的新思路,也对其他结构复杂产品的智能制造提供了重要参考。

农业生态系统优化:基于多模型耦合的土地利用多样性与生态服务价值最大化策略

为深入探讨土地利用多样性对生态系统服务的影响,并提出一种创新的耦合模型优化策略。通过这种策略,可以最大化土地利用多样性与生态系统服务价值,从而促进农业生产、生态环境保护与人类福祉之间的和谐发展。为了实现这一目标,构建了一个综合模型,涵盖了作物生长、土地利用变动、生态系统服务评价、多目标优化4个关键模块。这个模型全面模拟并解决作物系统设计问题,考虑了农业生产、生态环境和人类福祉等多个目标和约束。通过实证分析,比较了不同土地利用配置方案的效果,以寻求最优或接近最优的选择。结果发现:优化作物情景在提升生态系统服务价值和人类福祉指数方面表现最佳。该情景不仅确保了农业生产的高效率,还在生态系统服务供给和人类福祉方面取得了显著成效。这一发现证明了多样化的土地利用配置能够带来更多的生态和社会经济效益。本研究的创新之处在于,首次将作物系统设计问题定义为多目标优化问题,并通过耦合模型进行实证分析。这一方法论为农业生态系统管理提供了新的视角和工具,有助于实现可持续发展目标。本研究结果强调了土地利用多样性在提升生态系统服务价值和人类福祉方面的重要性,为未来的土地管理政策和实践提供了科学依据。