双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。

基于动力吸振器的微耕机扶手架减振设计

微耕机的扶手架结构较为简单,在田间作业时会造成扶手架的强烈振动,长时间的强烈振动会给操作者身心带来不适甚至严重伤害,针对此问题,对微耕机扶手架进行了减振设计。对于结构相对简单的构件,振动问题大多是由于主振动系统自身结构阻尼的不足导致的。为此,结合微耕机实际情况,将动力吸振器的设计方法应用于微耕机扶手架上,对动力吸振器进行结构设计并试制样件。最后,对动力吸振器样件的减振效果进行试验测试,结果表明:在安装动力吸振器样件后,其手把处的振动强度在空挡和耕作状态下分别降低了13.9%和11.2%。

基于机-电-磁-流整体耦合的油阻尼断路器保护特性的容差设计

油阻尼断路器的主要特点是在电路发生短路、过载等情况时能够自动脱扣,断开电路,从而保护人员和设备的安全,常用于变电站等场所。文章在以往对油阻尼断路器油阻尼力、电磁铁静态特性、操作机构性能等研究的基础上,构建一个基于机-电-磁-流多体多自由度多场耦合的一体化虚拟样机整体耦合模型;接着对该整体耦合模型的保护特性进行了仿真与分析,通过仿真得到了不同电流倍数下动触头的分断特性,并通过实验验证了整体耦合模型和仿真结果的正确性;最后,为减小产品保护特性的分散程度,提高油阻尼断路器的稳定性,文中结合稳健容差设计技术,选取不同电流倍数下触头的断开时间作为目标函数,以极靴半径、细铁芯半径、粗铁芯半径、粗铁芯高度作为关键设计参数,通过正交试验和贡献率分析法对目标函数进行容差分配,使得触头断开时间的分散度比原来减少39.165%。研究成果将会对电器产品的研发提供理论指导。

大直径偏心型文丘里施肥器优化设计与试验

为改善现有大直径文丘里施肥器的吸肥性能,对其进行结构优化设计.基于大直径对称型文丘里施肥器(M型),对其改造设计为偏心型文丘里施肥器(P型).采用正交设计方法,应用数值模拟技术,以吸肥效率为评价指标确定P型文丘里施肥器最优结构参数组合,并对2种施肥器进行试验测试和数值模拟对比分析.结果表明最优结构参数组合为喉管进口直径17 mm、扩散角3°、喉管出口直径20 mm、喉管凹槽宽度4 mm、喉管直线段长度16.6 mm、喉管凹槽直径27 mm、收缩角23.5°.通过试验测试对比分析,经结构优化后的P型施肥器较M型施肥器的最大吸肥流量提高了21.4%;在进口压力为0.25 MPa时,最大吸肥浓度提升了约30.7%,最大吸肥效率提升了约13.9%.流场分析表明,相较于M型施肥器,在相同的压差条件下,P型施肥器更不容易产生空化,并且P型文丘里施肥器流态更加稳定,能量损失更小.可见优化后的偏心型文丘里施肥器能提高吸肥性能.

感应器封装检测一体机的设计与应用

目前国内可穿戴感应器的装配方式主要为人工装配,不仅效率低,而且容易出现误操作,造成产品质量不稳定。对此,设计了感应器封装检测一体机。介绍了感应器封装检测一体机的结构和功能,分析了工作流程,并与人工装配进行对比。感应器封装检测一体机可以实现可穿戴感应器的装配、检测全过程自动化,有效提高装配效率和合格率,具有一定的应用与推广价值。

基于Aspen EDR的管壳式换热器工艺选型设计教学实践

管壳式换热器工艺选型设计是化工过程中设备设计的重要环节之一。为了避免手工计算中繁琐的计算和复杂的校核问题,以无相变的乙醇冷却器为例,探讨Aspen EDR软件在管壳式换热器工艺选型设计中的实践应用。通过Aspen EDR软件的教学示范,激发学生学习积极性和主动性,提升学生运用理论知识分析和解决复杂化学工程问题的能力,强化专业软件应用能力。

柔性立管限弯器高效设计方法

目的考虑聚氨酯材料非线性的影响,建立一种简单高效的柔性立管限弯器设计方法。方法首先确定限弯器的初始尺寸,在此基础上进行参数分析,并根据分析结果绘制设计图谱,然后通过插值获得最佳的设计尺寸。结果针对深水与浅水2种典型环境,分别采用本方法与基于遗传算法的优化设计方法进行限弯器设计,通过结果对比验证了方法的有效性。同时发现,深水环境条件设计出的限弯器相对短粗,而浅水条件设计出的限弯器则较为细长,且考虑材料非线性后,2种环境下限弯器的设计尺寸均有所减小。结论本文建立的限弯器设计方法具有广泛的适用性,且能够在确保得到理想设计方案的前提下,显著提高设计效率。与基于遗传算法的优化设计方法相比,采用线性材料和考虑材料非线性时的设计效率可分别提高约10倍和20倍。

基于价值工程的儿童下肢主动训练矫正器设计

目的 为改善现有儿童下肢主动训练矫正器的外观品质与交互方式,提升产品的整体价值,基于价值工程理论(ValueEngineering,VE)提出一种儿童下肢主动训练矫正器改进设计。方法 首先,结合层次分析法对儿童下肢主动训练矫正器产品功能模块进行划分与功能权重量化;其次,依据价值工程计算原理依次求出各功能要素的功能系数、成本系数和价值系数,利用价值机会分析获取关键功能要素的改进设计方向,为整体价值提升提供设计指导;最后,运用模糊综合评价法对多个改进设计方案进行排序,最终确定优选设计方案。结论 设计评价与验证结果表明改进设计方案在矫正模块和训练模块方面的用户满意度有明显提升。将价值工程理论应用于儿童下肢主动训练矫正器改进设计中具有一定可行性和有效性,对相关产品设计有一定参考与借鉴意义。

ViP设计法则指导下的洗鼻器设计研究

以ViP设计法则为指导,以洗鼻器设计为切入点,依据ViP设计法则中的理论模型,解构洗鼻器设计的产品层、交互层与情境层,预设未来变应性鼻炎患者的鼻腔护理情境,并提出构建未来变应性鼻炎患者洗鼻器护理产品的设计策略框架,展开健康干预设计,完成洗鼻器设计实践。该设计能够为未来医疗健康产品的研究提供新的设计思路。

卡车分体式十字轴差速器结构设计研究

汽车差速器是汽车在转弯行驶等过程中必不可少的机构和总成。目前,我国的卡车行业正在飞速发展,卡车差速器的需求量越来越大。传统差速器存在结构较复杂、维修不够方便等问题,本文介绍了一种新型卡车差速器结构的设计方案,差速器的十字轴设计为分体式结构,设计在一个整体式的差速器壳体内。与传统的十字轴相比,该差速器结构简单、维修方便,减少了生产及维修成本。

基础隔震结构附加变化型调谐质量惯容阻尼器的优化设计研究

在强震作用下基础隔震结构的隔震层将发生非常大的水平变形。已有研究表明采用在基础隔震结构的隔震层附加变化型调谐质量阻尼器(VTMD)的混合控制策略能够有效降低隔震层的水平变形需求,然而该混合控制策略最大的缺陷在于需要很大的调谐质量。考虑到惯容装置具有明显的质量放大效应,本文提出将惯容装置(Inerter)与VTMD中的阻尼器并联,从而形成具有较小调谐质量的变化型调谐质量惯容阻尼器(VTMDI),并将其附加在基础隔震结构的隔震层,基于随机振动的分析框架开展了VTMDI参数的优化设计研究。研究表明直接将基础隔震结构的上部结构层间变形作为优化目标的传统优化策略并不经济有效。为此,本文提出了一种基于两步优化法的优化策略,该优化策略首先确保附加VTMDI的基础隔震结构相对于附加相同阻尼的基础隔震结构具有更优的控制效果;然后确保附加VTMDI的基础隔震结构的上部结构层间变形最小。通过动力时程分析结果表明:两种优化策略都能有效降低隔震层的水平变形和上部结构的层间变形,同时不会导致调谐质量出现过大的运动行程,基于两步优化法的优化策略更为经济有效。

耳膜激振式压电作动器的设计与测试

为解决传统助听器高频增益受限及中耳植入物需侵入性手术的问题,文中设计、制作和测试了一种直接驱动耳膜的压电作动器。该作动器是一种新型的听觉假肢,融合了完全耳道式助听器的放置方式与中耳植入物的音质。作动器的前端直接激励耳膜,补偿患者的听力损失。针对压电叠堆存在输出位移不足的问题,引入了复合二级位移放大器,并采用多目标遗传算法对其位移放大比进行了优化。为优化作动器的频率特性,建立了作动器-人耳耦合力学模型,通过有限元分析确定了作动器的最佳结构参数。制作出作动器样机,并进行了测试试验,评估其听力补偿性能。结果表明:该作动器具有工作频带宽(0.1~10 kHz)、谐波失真度小(THD≤0.12%)、无需侵入性手术及高频性能优异的优点。因此,该作动器适用于耳膜激振的听损补偿,为感音神经性听力损伤的临床治疗提供一种新的方案。

近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证

某型高精度一体式星敏感器指向精度高,对温度变化非常敏感。其所处近地轨道外热流复杂多变,一体式结构和内热源集中的综合因素不仅导致散热设计困难,而且镜头直接受到内热源发热影响难以保障指向精度。首先,结合轨道参数,安装布局获得星敏感器平均吸收外热流。然后,通过分析外热流与内热源工作情况,采用被动热控和主动热控相结合的热设计方法,并对星敏感器散热面的位置与大小进行设计与计算。最后,根据轨道环境和热控措施并利用热仿真软件进行热分析验证。仿真结果表明,安装法兰温度为19.82℃~20.10℃,镜头轴向温差小于2.23℃,周向温差小于0.48℃,电路盒温度为19.10℃~23.49℃,满足热控指标。通过合理的热控设计保证了极高精度星敏感器的稳定工作条件,星敏感器的热设计合理有效。

基于KANO模型和TRIZ理论的下肢外骨骼机器人设计

为提升脑卒中老年人患者术后的康复效果,提出基于KANO模型和TRIZ理论的下肢外骨骼机器人产品设计方法。首先,通过访谈法和文献分析法获取用户需求。其次基于用户需求设计KONA问卷,利用KANO模型计算需求指标的满意度系数,得出各项指标的优先排序,确定产品的功能;依据TRIZ理论的阿奇舒勒矛盾矩阵和对应的40条发明原理解决设计方案的矛盾冲突。最后进行设计实践,使用优度评价方法筛选出最优设计方案。针对下肢外骨骼机器人进行创新设计,满足了术后老人的康复需求,以期为今后老年人康复医疗产品设计提供新的思路。

基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

基于流固物理场的电机逆变器功率模块散热结构优化设计

散热设计在电机逆变器功率模块研制过程中至关重要,温升是影响逆变器功率模块散热的关键因素。为了探究其温升特性,建立了一种基于流固物理场的电机逆变器功率模块结构模型,采用有限元分析法对功率模块的3D温度场和流体场进行了计算,分析了功率模块内部温度场及湍流流线的分布情况。在此基础上,进一步分析了导热胶脂参数、环境温度、风扇面积及格栅面积对功率模块温升的影响,得到一种优化后的功率模块流固物理场结构模型。结果表明,考虑空气流场的流固物理场模型能分析电机逆变器功率模块内部的温度,也可确定影响其温升的关键性因素。经优化后,在环境温度为20℃和125℃下,该模型能分别有效降低电机逆变器功率模块23.1%和10.01%的温度。该研究为电机逆变器功率模块的封装热设计提供了参考,同时为功率模块结温的在线估算提供了依据。

电动静液作动器智能设计

提出一种电动静液作动器智能设计方法,实现主参数设计功能、优化设计功能、数据库系统功能和三维建模功能。基于电动静液作动器(EHA)总体设计方法和流程,得到12个主要设计参数,并给出EHA智能设计知识库的设计方法,完成规则系统、知识系统以及模型库设计;通过输入安装空间尺寸大小,采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以空间体积及力学性能为优化目标,得到电动静液作动器布局方式和各零件结构尺寸值,并进一步为各个零件参数实现数据的存储与调用,实现输入较少的参数完成EHA智能化设计,提高设计人员效率,缩短研发周期。

大口径热不敏星敏感器光机设计与分析

为满足大口径长焦距星敏感器的需求,对一种大口径热不敏星敏感器进行光机设计,根据指标要求,对热不敏系统进行光机热集成分析。使用MSC.Patran软件对主次镜结构施加温度载荷,计算出主次镜结构的热弹性变形,先利用MSC.Nastran软件计算热变形后节点的刚体位移,再利用Sigft光机接口软件分析得到变形后主次镜表面的Zernike多项式系数。将结果导入Zemax中,预判镜片面型变化以及刚体位移对弥散斑、光轴漂移量及波像差的影响。最后通过在20℃±5℃的温度范围内装调测试验证了系统性能满足指标要求以及光机热集成分析的准确性,提供了一套准确快捷的光机热集成分析流程。

基于HTRI的环己烷换热器的设计与优化

环己烷换热器是精制提纯环己烷的重要设备之一,也是合成环己酮装置的重要组成部分,为环己酮的合成提供了原材料的保障。文章基于HTRI的设计和校核模型对环己烷换热器进行设计与优化,对换热器的主要优化参数进行分析,实现对换热器的更好设计与优化。结果表明:基于HTRI进行优化设计,能够根据工艺要求设计提出多种设计方案,更有利于结合实际情况对环己烷换热器进行优化设计。

一种面向PUF的模糊提取器设计与实现

基于SRAM等方案实现的物理不可克隆函数(PUF)易于受电压变化、热噪声等环境因素影响,存在可复现性较差的内在缺点,因此极大限制了其在密码和通信等领域的应用。借助BCH码的精确纠错译码特性,设计了一种具有大纠错容量的模糊提取器,用于实现SRAM原始数据的重建。搭载本设计的SRAM PUF芯片在华虹宏力0.11μm CMOS平台制造,模糊提取器部分消耗面积为306267μm 2,搭载的本源BCH码具有127 bit的码长和27 bit的纠错能力,满足PUF的实际应用需求。