基于Fluent流体传热仿真的毛细管风道设计优化

针对毛细管冷却风道内分离段毛细管柱轴向散热不均匀问题,设计一种变截面送风道。利用Fluent仿真软件对风道设计过程进行建模和数值模拟,优化改进风道冲击角、出入口形状与风道长度尺寸等参数,并通过对风道出风口风速与风道内柱面温度的实测验证设计的可靠性。结果表明:毛细管冷却风道经优化后,出风口的风速更加均匀,柱面轴向温差减小,温度均匀性得到改善。仿真结果较好地拟合了实验结果,4个出风口的风速在10.38~10.67m·s^(-1),柱面温差缩小至±1℃以内。优化后的毛细管冷却风道设计对提升分离段冷却效率具有指导意义。

基于Fluent的激光选区熔化设备风场流道仿真与结构优化

为减少激光选区熔化技术成形零件时产生的烟尘、黑渣和熔液飞溅等工艺副产物对产品质量的影响,设计一套均匀稳定的风场结构是解决此问题的有效手段。利用Fluent软件对激光选区熔化设备保护气体流道进行有限元仿真,通过优化风场流道结构、设计整流器等方法,对设备风场流道进行结构优化改进。结果表明,优化后的成形室风场分布均匀,湍流现象明显消减;风场流道下吹风口风速标准差由0.305 m/s降低至0.194 m/s,速度波动明显减小,分布更集中、稳定。

基于FLUENT的调节器壳体冲洗工艺仿真分析与优化

为研究航空附件壳体冲洗时出口流速不能有效测量的问题,提出了一种航空附件产品壳体流体域的出口流速的预测方法与手段,并通过预测的结果对工艺进行优化。借助FLUENT仿真工具,通过建立壳体的流体域模型、网格模型,运用有限元的仿真计算方法分析评价现有冲洗工艺的优劣,在仿真的计算结果上得到流体域的出口的流速、云图、流线图等数据,预测调节器壳体出口流速的大小,例如初始仿真时,出口2、3、9的流量很低,甚至还存在负压,流量分别为0.0017 kg/s、0.00002 kg/s、0.02 kg/s,通过封堵等其他出口的手段,将出口2、3、9的流速分别提升至78 m/s、25 m/s、423.3 m/s,极大地改善了出口流体的状况。此方法能够对制造过程中合理制定冲洗工艺提供有效的帮助。研究将为航空燃油附件壳体的工程设计以及制造过程中冲洗工艺方法的制定提供理论支撑,其他涉及需进行冲洗工艺的制造过程领域也都具有较强的借鉴意义,研究具有较强的应用推广价值。

摇枝式加工型苹果采摘振动参数仿真优化与试验

为探究不同振动参数组合对苹果采摘效果的影响,建立苹果树二级树枝振动力学模型,解析分析得到影响苹果脱落的主要因素为振动频率、振幅及夹持位置。测量苹果树形态特征并基于矮砧密植整形原理建立纺锤形苹果树三维模型,利用ANSYS软件对苹果树模型进行有限元仿真分析,仿真结果表明,振动频率4~8 Hz、振幅20~30 mm、夹持位置0.35l~0.65l(l为二级树枝长度)时,对果树损伤较小且苹果易脱落。设计四因素三水平振动采摘试验,以确定苹果树不同位置树枝最佳的振动参数组合,利用Design-Expert软件对试验数据进行分析和响应面优化,参数优化结果为:采摘苹果树上层苹果时,振动频率为5 Hz,振幅为28 mm,夹持位置为0.40l;采摘苹果树中层苹果时,振动频率为4 Hz,振幅为30 mm,夹持位置为0.43l;采摘苹果树下层苹果时,振动频率为8 Hz,振幅为20 mm,夹持位置为0.65l;通过验证试验得到苹果树上层、中层、下层摘净率为96.4%、94.8%、93.2%,与优化值相近,表明优化模型可靠。

基于Edem-RecurDyn联合仿真的火车皮厢底冻黏浮煤清扫机构性能优化分析

火车皮作为煤炭运输的主要设备之一,其运输效率一直是煤炭运输行业的关注重点,在北方地区冬季低温条件下,影响运输效率的主要原因是煤炭中所含的水分与凹凸不平的车厢内表面形成黏附,逐渐由车厢表层向煤炭内部扩散,最终产生冻车现象导致设备无法继续运行。首先,以不同清扫方式现存的问题为出发点,结合实际的工程项目,设计了一款自动化冻黏浮煤清扫机构并对其清扫性能进行优化研究。其次,通过理论研究分析建立浮煤冻黏颗粒模型,分析清扫过程中滚刀的运动情况并建立力学模型和数学模型。最后,联合多体动力学软件RecurDyn对清扫机构底部清扫滚筒性能进行仿真研究,求解不同滚筒转速、牵引速度和清扫深度对清扫性能的影响规律,通过优化寻求清扫阻力最小、能耗最低的性能参数匹配方案。结果表明,清扫机构的清扫效率受滚筒转速影响较小,随滚筒转速提高,清扫阻力大小在一定范围内波动;随着牵引速度不断提高,清扫阻力先降低后逐渐增高;清扫深度对清扫阻力的影响最大,随清扫深度的增加,其清扫阻力不断增加。根据单因素参数对清扫阻力大小影响规律,取合理范围利用响应面法对其综合影响规律进行仿真试验,得到目标函数后,利用Matlab对其数学模型求解最优解,最终得到滚筒转速为78 r/min、牵引速度为0.05 m/s、清扫深度为100 mm时,清扫机构所受阻力最小、清扫比能耗最低为0.22 kWh/m^(3),清扫机构性能达到最优。

基于虚拟仿真技术的专业人才培养方案优化研究——以江西中医药高等专科学校中医学专业为例

合理使用虚拟仿真(VR)技术,以专业岗位核心能力训练为切入点,能较好解决中医学专业学生实训过程中“高投入、高损耗、高风险,难实施、难观摩、难再现”的问题,对提升中医学专业人才培养水平有促进作用,能优化中医学专业人才培养方案。

基于多物理场仿真的油浸式变压器温度特性分析及散热器优化

准确计算油浸式变压器的温度分布并寻求优化方法,对设备运行维护具有重要意义。首先建立了35 kV油浸式变压器的3维等效模型,采用Jiles-Atherton模型模拟变压器铁芯材料的磁滞特性,通过磁场计算获取了铁芯和绕组的损耗密度分布。在此基础上将损耗密度作为热源,经过流–热耦合计算得到变压器的温度场和流场仿真结果。根据计算结果提取了铁芯、绕组区域的温度分布及截面的油流流速分布,并绘制了散热片的最高温度和流速曲线。最后结合中心组合设计和仿真分析方法得出不同散热器结构参数下的变压器热点温度,构建热点温度与结构参数间的支持向量机模型,采用粒子群算法获得了最优参数。变压器热点温度较优化前降低了15.12 K,仿真与模型预测结果的相对误差为6.42%,验证了优化模型的有效性。结果表明:优化方法能够显著降低变压器热点温度,为变压器的优化设计提供了新的思路和参考。

打标流水线双凸轮夹紧机构的设计与仿真优化

为更好地满足打标流水线移除打标不合格工件的工作要求,设计了一种仅需1个动力源就能实现工件的夹紧及升降双重动作的双凸轮夹紧机构。基于执行机构的动作顺序,设计了两个凸轮的运动时序;运用Matlab软件计算得到凸轮的轮廓曲线,并在SolidWorks平台上建立其三维模型,利用Adams软件完成了双凸轮夹紧机构的参数化建模及运动仿真。结果表明,机构输出的运动规律和设计的运动规律一致。通过对关键坐标位置进行优化设计,得到关键坐标的合适位置参数。该双凸轮夹紧机构可有效节约成本、提高工作效率,对流水线的后续研究具有一定的参考价值和借鉴意义。

基于COMSOL的水稻水分检测极板仿真优化与试验

为了提高水稻水分的在线检测精度,对平行式三极板电容器进行了有限元仿真分析和极板结构参数优化试验。使用COMSOL Multiphysics 5.6软件,对平行式三极板电容器进行静电场模拟分析,采用控制变量法探究边缘效应与极板厚度、极板间距、相对面积的变化关系。以电容比作为试验指标,使用Design-Expert软件对三极板电容器的极板厚度、极板间距、相对面积进行三因素三水平Box-Behnken试验设计,通过方差分析和响应曲面分析得到最优的三极板电容器极板结构参数。研究结果表明:在满足装置机械设计要求情况下,极板厚度1mm、极板间距100mm、相对面积18000.000mm 2的三极板电容器受边缘效应影响程度最低,是本研究水稻水分在线检测装置的最优极板结构参数。

基于石墨嵌入式结构的SiC功率模块热仿真与优化

SiC器件相比于Si器件,具有更高的功率密度,表现出高的器件结温和热阻。为了提高SiC功率模块的散热能力,提出了一种基于石墨嵌入式叠层DBC的SiC功率模块封装结构,并建立封装体模型。通过ANSYS有限元软件,对石墨层厚度、铜层厚度和导热铜柱直径进行分析,研究各因素对散热性能的影响,并对封装结构进行优化以获得更好的热性能。仿真结果表明,石墨嵌入式封装结构结温为61.675℃,与传统单层DBC封装相比,结温降低19.32%,热阻降低27.05%。各影响因素中石墨层厚度对封装结温和热阻影响最大,其次是铜柱直径和铜层厚度。进一步优化后,结温降低了2.1%,热阻降低了3.4%。此封装结构实现了优异的散热性能,为高导热石墨在功率模块热管理中的应用提供参考。

基于机理仿真的抽油机有杆泵举升系统生产参数优化设计

基于传统经验法和预测模型法的抽油机有杆泵举升系统设计方法在实际应用中要么过于简单要么过于复杂,设计方案的可靠性还有待提升。因此,应用大数据驱动技术从海量抽油机井举升系统设计方案中探索规律,推荐以提高产量和节能降耗为目标的抽汲参数优化设计最优方案,将提升抽油机井举升系统设计方法的科学性和可操作性。文章分析了抽油机井产量主控因素,将软件仿真和现场获取的抽油机井举升系统设计样本进行聚类分析融合得到新的样本库,建立了抽油机井举升系统设计方案的深度学习模型,研究了基于匹配算法的方案相似度模型,开发了抽油机井有杆泵举升系统生产参数设计推荐系统。根据实例计算验证,该系统能够根据待设计井的地质特征和开发特征,从海量样本中匹配到与地质油藏条件相似度高且运行效果良好的举升设计方案,推荐方案的举升参数及举升效果与原有方案相比有较大的提升,证明了计算模型的实际可行性,为抽油机举升系统优化设计提供了新思路及方法。

基于多软件平台的二维重载精密转台的控制特性仿真分析及优化

为提高二维重载精密转台动态特性,基于AMEsim、ADAMS以及Simulink多软件机电一体化联合仿真对系统控制特性进行仿真分析.本文使用AMESim建立电机模型,Adams建立二维重载系统的动力学模型,使用Simulink工具箱建立PID控制模型,最终建立三软件联合仿真模型对系统阶跃响应进行仿真分析;针对系统存在时变性、非线性和负载干扰等因素的问题,采用自适应模糊PID控制算法对系统进行控制优化.仿真结果表明,模糊PID控制算法有着响应快、无超调,稳定误差较普通PID控制减小37%左右等优点.

四足机器人单自由度腿部优化设计及仿真

基于仿生原理的四足机器人是当今国内外众多学者研究的热点。针对四足机器人运动平稳性的要求,提出了一种竖直方向改进型等速运动规律和前进方向仿生运动规律相结合的无冲击足端轨迹形式,推导出分段函数表达式;针对四足机器人存在的驱动多、腿部刚度弱的情况,构思了一种由两个曲柄摇杆机构、同步带传动和一对外啮合圆柱齿轮传动组成的单自由度的新型腿部机构,并建立该机构的运动学模型,推导了其足端的坐标;综合利用遗传算法和非线性优化一般方法,以无冲击的足端轨迹的逼近度为目标,优化计算了机构各构件的最佳运动尺寸和初始位置;使用三维建模软件搭建简化的虚拟样机模型,并导入到Adams软件中进行了Trot步态仿真试验,运动效果达到了预期设计。所提出的无冲击轨迹可以为其他足式机器人的足端轨迹规划提供参考,由两个曲柄摇杆机构组成的多连杆腿部机构优化设计方法为足式机器人腿部设计提供了基础和创新思路。

基于Fluent的超重力场煤泥浮前脱泥设备结构内部流场仿真模拟

研发一种新型超重力场煤泥水浮选前脱泥设备,通过Fluent软件对影响设备脱泥效果的五单因素即沉降槽板角度、沉降槽板上下比例、沉降槽板槽深、沉降槽板半径及排料挡板角度进行模拟仿真得出最佳的结构尺寸,结果表明:沉降槽板角度为45°,沉降槽板上下比例为1∶3,沉降槽板槽深为3cm,沉降槽板半径为13cm,排料挡板角度为60°时,设备具有较好的脱泥效果。

四代光源储存环磁铁支撑设计及仿真优化

储存环机械支撑的静力变形、调节精度决定各物理元件的定位精度,其动态响应特性间接影响着束流的稳定性,机械支撑是各物理元件的安装基础,保证磁铁、真空室、束测元件正确的安装、运行,发挥出相应的物理性能。主要从支撑的静力变形和固有频率两个方面对机械支撑进行优化设计。以深圳产业光源(SILF)共架支撑为例,利用SolidWorks和Ansys软件对储存环磁铁机械支撑进行设计、拓扑优化。详细阐述了储存环机械支撑设计、优化的过程,并将最终优化完成的支撑模型与磁铁模型进行装配,在尽量接近真实工况的基础上对整体支撑进行仿真计算,以确保支撑整体能够达到设计指标。

7自由度外骨骼上肢康复机器人的肩部优化及运动仿真

针对上肢手臂运动障碍康复训练的需求,设计了一种7自由度外骨骼上肢康复机器人。采用扁平电动机及谐波减速器驱动;优化了肩部结构,与传统结构相比,减少了肩部连杆机构45.97%的运动空间占比,提升了肩部结构刚度;通过D-H参数法对机器人正、逆运动学求解并验证;使用蒙特卡洛法分析机器人的工作空间,证明了结构设计的合理性;使用Matlab软件对机器人末端进行了运动轨迹仿真。结果显示,在机器人运动过程中,各个关节的角位移、角速度及角加速度变化连续且平缓,验证了机器人设计的合理性和有效性,满足人体手臂康复训练要求。

基于VISSIM仿真的城市信号交叉口优化设计

信号交叉口是限制车流消散的主要瓶颈,是导致城市道路交通拥堵的主要节点,对其优化设计逐渐成为研究热点。针对南京市中央路-湖南路交叉口存在的转弯半径过小、交通流量饱和、路口间距过短等问题,提出渠化车道、增加禁止掉头标志、增加相邻路口右转信号控制、增加相邻路口相位的优化方案,运用韦伯斯特模型计算各相位的信号配时方案,使用VISSIM仿真软件对设计方案实施前后的效果进行对比。结果表明:实施优化方案后,平均排队长度由12.96 m减少为11.3 m,减少12.81%;车辆平均延误由44.36 s减少到39.48 s,减少11%;平均停车次数由1.15次减少到0.96次,减少16.52%。对南京市中央路-湖南路交叉口提出的优化方案是合理的、有效的,研究结果对方案落地实施具有指导作用。

基于EDEM的茶叶平面圆筛机仿真模拟与参数优化

为解决茶叶的筛分精加工机械设备技术落后的问题,采用EDEM对茶叶平面圆筛机的筛分过程进行仿真模拟分析,以筛分效率和误筛率为评估指标,设计单因素试验验证仿真结果。采用筛分效率和误筛率为性能指标,设计正交试验得出其主要技术参数的回归方程,并利用MATLAB软件对筛网水平倾角、曲柄曲距和筛床转速等主要技术参数进行优化,最佳参数组合为筛网水平倾角5.9°,曲柄曲距37 mm,筛床转速195 r/min。试验结果表明:在最佳参数组合下,平面圆筛机的实际筛分效率和误筛率与仿真结果误差分别为1.89%和1.83%,说明仿真参数的可靠性。研究为提高茶叶平面圆筛机的筛分性能提供参考。

基于CFD的某商用车扬尘污染仿真优化分析

针对某新型商用车在泥土路面低速行驶工况中,易扬起地面尘土造成局部空气污染问题。建立商用车CFD仿真分析模型,进行实验对标以验证仿真模型的精确性。将DPM离散相模型分析方法与离散动力学相结合,对商用车外流场中多相流进行数值仿真,揭示了扬尘污染的产生机理。由此制定不同的扬尘治理方案,结合HyperStudy软件进行优化分析,寻求最佳扬尘治理方案,并开展实验验证。研究结果表明:通过优化风扇位置,更换“U型”护风罩并优化导风板尺寸的改进方案,扬尘颗粒数相较原车减少了44.67%,在保证散热性能的前提下,明显改善了扬尘污染现象。

考虑订单替换的冷链配送-库存联合优化与仿真

冷链物流最重要的目的是保证产品新鲜度,而在此基础上如何降低订单配送的成本是冷链公司急需解决的问题。对消费者来说,产品的质量与食品安全是其主要的需求。因此以配送中心为研究对象,在配送之前根据产品初始新鲜度将产品分成不同的等级,通过对不符合配送要求的订单采用等级向上的替换模式来提升产品整体新鲜度,使客户尽可能获得更好质量的产品,确保顾客的需求得到满足,同时针对配送与库存分配问题进行联合优化,根据最低新鲜度、库存量等为约束建立了双层规划模型,其中上层模型以运输成本、货损成本等之和最小为目标以此确定订单配送以及库存分配方案,下层模型以订单替换成本最小为目标以此确定需要进行订单替换的订单以及替换的产品等级,通过提出改进的自适应遗传算法与cplex分别求解上下层模型,将求解得到的配送方案代入模拟了道路拥堵的仿真模型中进行验证并重新加入双层模型中进行规划;对算例求解的结果表明:订单替换可以有效降低冷链企业运营成本,获得更符合实际的订单配送与库存的分配方案。