道路洗扫车吸尘盘结构优化设计

吸尘盘作为洗扫车的重要组成部分,对洗扫车作业能力及除尘效率起着关键性作用。利用Fluent对某8吨洗扫车吸尘盘内部流场进行了建模和仿真,并进行了洗扫车气力系统各点位流量与压强数值测试试验。仿真和试验结果表明:随着吸尘管中心距的增大,吸盘前、后进气口的风速与负压均先增大后减小,吸尘盘侧进气口的风速与负压则不断增大,当吸尘管中心距约为吸尘盘长度的25%时,吸尘盘前、后进口可达到最大风速;气流由吸尘盘两侧向吸尘管中心位置的移动速度先增大后减小;吸尘盘产生的能耗先减小后趋于平稳,当吸尘管中心与吸尘盘中心距离在600mm到700mm之间时吸尘盘能耗最低。

大截面变化率铝合金异形管整体液力成形工艺设计与优化

目的针对某大截面变化率空心构件成形难的问题,采用液力成形的方法进行成形并对其生产工艺进行优化。方法首先针对目标零件,通过压扁截面处对称及圆截面处对称2种不同的对称方式设计了A型结构和B型结构,通过有限元模拟对比了同一加载路径下2种不同结构的成形特点,选取了成形效果较好的A型结构进行成形工艺研究,建立了A型结构的成形分区图,继而根据成形分区图进行了正交试验设计。结果在同一种加载路径下,A型结构成形的目标零件最大减薄率明显小于B型结构成形的目标零件最大减薄率,且在成形过程中,B型结构压扁特征处易出现褶皱或起皱趋势,而A型结构压扁特征处壁厚分布更加均匀,A型结构成形效果优于B型结构成形效果。优化后的工艺参数如下:压制压力为2 MPa、初始压力为7 MPa、成形压力为15 MPa、轴向进给为13 mm,成形零件最大减薄率为15.9%。结论经成形分区图指导设计的正交成形试验结果均符合设计要求,成形分区图的设立对成形试验的设计具有指导作用;采用优化后的工艺参数获得了较好的试验效果,可为工业生产提供指导。

水力循环高架设施栽培装置优化设计及试验分析

高架设施栽培模式提升了温室作物的产量和质量。为此,针对固定式高架设施遮荫问题,通过测定30°、40°、50°、60°等不同角度栽培装置的光照遮阴变化情况,确定了基于光照因素的最优高架栽培架式角度为50°。为了解决固定式高架设施角度过大、底层作物光照不足等问题,利用温室控温管路系统中水的压力,创新设计了一种以水轮机为动力的自动循环高架装置,分析了结构组成及工作原理,采用SolidWorks软件设计了三维模型。同时,通过Fluent模拟分析不同型号叶轮作用下的水力压力和速度变化,确定了双列直线型六叶轮为最优叶轮选型。装置是以水力产生动力使栽培槽围绕支架匀速转动,为高架设施架式设计提供一种新思路,在创造良好光照条件的同时减少能源的消耗,具有较高的经济效益,在实际生产中具有一定的推广应用价值。

变泊松比蜂窝夹芯结构的吸波性能优化设计

采用泊松比分类六边形蜂窝构型,基于均匀化理论建立蜂窝单胞参数化有限元模型,开展了变泊松比蜂窝夹芯结构的吸波性能分析与给定反射率目标的蜂窝构型优化。计算结果表明:2~18 GHz电磁波垂直入射工况下,减小蜂窝边长和增大蜂窝高度均能有效提高结构吸波性能,使泊松比趋于零的蜂窝角度变化可提高吸波性能,存在与蜂窝几何参数匹配的最佳涂层厚度,能够获得最优吸波性能;与正泊松比常规六边形蜂窝、零泊松比半内凹六边形蜂窝和负泊松比内凹六边形蜂窝的初始方案相比,反射率为-10 dB时,三种优化蜂窝吸收带宽分别增大了56.8%、35.2%、52.5%,而反射率为-20 dB时,三种优化蜂窝吸收带宽分别从零增大为4 GHz、2.3 GHz、0.5 GHz;三种泊松比蜂窝中,正泊松比蜂窝的优化适应潜力最好。研究结果为多功能蜂窝吸波结构的蜂窝构型设计提供了参考。

轮毂轴承单元密封结构优化设计及试验验证

针对轮毂轴承单元密封结构产生的摩擦力矩占比过大的问题,提出了将密封材料由氟橡胶改进为丁腈橡胶,密封结构减少一个接触唇的改进措施,并通过优化得到最优密封中间唇参数为唇倾斜角65°、唇厚0.6 mm、唇长3.8 mm、过盈量0.35 mm。将密封改进后的轮毂轴承单元进行了密封圈应力、漏脂试验、泥浆试验的仿真分析并通过试验进行验证,结果表明,优化后的轴承应力均满足材料许用应力要求,未出现漏脂现象,油脂含水量增加小于3%,启动、动态摩擦力矩分别降低了24.3%,22.1%,证明了优化后密封结构的可靠性。

智能精密播种机的优化设计

智能精密播种机是一种自动化的农业设备,可大幅提高种植效率、减少种植成本。但是,目前智能精密播种机依赖高精度的传感器、控制系统和算法来实现准确的种子投放和深度控制,需要较高的技术要求和技术支持,且对于一些不规则形状的种子或大粒小种的种子,适应性较差。为此,提出了一种智能精密播种机优化方案,并使用高精度传感器和控制系统实现多功能播种,控制种子的投放量和调整播种深度,使用节能设备模块化设计和使用易于更换的部件、数据分析功能和简单易用的用户界面。最后,通过田间试验进行功能性试验,结果表明:经过优化后的智能精密播种机播种变异系数≤5%,满足播种农艺要求,可以实现准确的种子投放和深度控制,避免种植密度不均匀和深度不一致等问题,从而提高种植效率和作物品质。

基于Isight的可变角度主轴刀柄机构设计与优化

为实现基于三轴数控加工中心的四轴数控加工功能,文中提出了一种可变角度主轴刀柄机构,其具有低成本的多轴化数控功能升级技术优势。首先,完成可变角度主轴刀柄机构的结构设计,并建立该机构的运动学模型;其次,基于ADAMS∕View建立可变角度主轴刀柄机构的参数化模型,并通过Isight平台搭建多目标优化设计流程,以主动臂平均扭矩、主动臂转角及连杆总长度为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化设计。数值算例的结果表明:相较于原始方案,优化后主动臂平均扭矩减小了15.5%,连杆总长度减小了11.3%,且机构内各部件在运动中不发生结构干涉。因此,基于Isight平台对可变角度主轴刀柄机构进行多目标优化设计的方法是可行的,优化后的机构具有更加合理的尺寸参数,可最大限度地发挥可变角度主轴刀柄机构的动力性和经济性。

含转动副润滑间隙的多连杆机构动力学优化设计

为改善含运动副润滑间隙多连杆机构的动力学特性,以二自由度七连杆机构为研究对象,建立转动副润滑间隙模型,采用拉格朗日乘子法推导出含润滑间隙机构的动力学方程,并通过试验验证了动力学方程的正确性。为优化变量,建立含润滑间隙机构动力学优化模型并利用遗传算法求解。结果表明动力学优化使滑块的加速度降低25%,转动副间隙A、B处的运动副元素之间的作用力分别减小14.8%、18.2%,有效提高了含转动副润滑间隙机构的动力学特性。

比选方案下公路设计优化探讨

该文以灵台至华亭高速公路设计过程中的部分方案的比选为例,通过对2种情况的线路方案比选设计,分别提出2种以上的设计路线与方案,详细分析各个方案中线路走向的优缺点,计算工程规模,做出技术经济的比较,最终确定路线走向的优化方案,从而保证项目实施后能发挥其良好的经济和社会效益,从而达到一条公路设计能带动沿线经济的发展,发挥和产生良好的经济和社会效益。设计方案的优化比选对于类似地形、地质等条件公路设计都有着非常重要的借鉴意义与参考价值。

减负增效背景下小学数学课后作业优化设计探究

教育是民族进步的基石,一个民族的繁荣昌盛离不开健全的教育体系。为了提升教学品质,必须从学生的启蒙阶段着手,培养他们良好的学习习惯和一套完善的学习方法。小学阶段的学生们尚年幼,他们的思维尚未完全成熟,身心发展亦未完全,因此,避免给予他们过重的学业负担和压力至关重要,以促进他们的全面成长。然而,在追求“全面发展”和“高质量教育”的当下,小学教学面临新的挑战。基于此,结合“减负增效”的教育趋势,本文将探讨小学数学作业的设计问题。

设备列车自移与起重机构的结构设计与优化

为了有效地提高煤矿的生产效率,减少工人的劳动强度,免去设备列车拉移过程的轨道安装和拆卸工序,确保井下辅助运输安全,实施综采工作面的自动化、高效开采,设备列车安全高效运行,文章使用自顶向下、逐步求精的程序设计方法,结合现有的大型设备提升机构,采用新的结构整体布置形式,设计了一种设备与轨道在大坡度巷道中的大步距交替自动前移,且能自主调偏的设备列车自移机构,以及一种能够随综采工作面的前移而前进的设备列车起重机构;并且对设备列车的平板车架与起重机构的支撑立柱进行拓扑优化设计,优化后平板车架与支撑立柱的质量分别降低了11.17%和12.84%,达到了机构轻量化设计要求。

基于PLC控制技术的电气设备系统优化设计

随着科技不断进步,可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)控制技术在电气设备系统中的应用日益广泛。介绍了PLC控制技术的基本定义、分类及特点,探讨了其在电气设备系统中的优化方案,包括故障诊断技术、输入/输出电路规划及模型板块选择等关键环节,并开展了设备系统优化实验验证。研究结果表明,基于PLC控制技术的优化设计能够显著提高电气设备系统的性能,降低谐波含量,增强系统的稳定性。

数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统。建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系。制定了两种考虑负荷特征的运行策略,采用改进的多目标蝗虫优化算法对系统容量配置进行求解。为了分析优化目标和运行策略对系统优化的影响,通过组合不同优化目标和运行策略形成了多种优化设计方案,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的权重,并利用多准则妥协解排序法进行评价排序。针对青海省某数据中心的案例,获得其能源系统的优化设计与运行方案。研究表明:运行策略主要影响吸收式制冷机和地源热泵的容量,而优化目标主要影响储能设备的容量;在相同的运行策略下,增加优化目标可提升系统的综合性能;对于不同的方案,生命周期成本、碳排放、能耗等基础优化目标值变化较小,而电网购电率和热量浪费率变化较大;通过实施五目标优化,即在基础优化目标的基础上增加热量浪费率、电网购电率,系统的综合性能得到了显著提升,其中热量浪费率和电网购电率分别降低了62.30%和25.92%,可再生能源发电占比增加了2%。

固体颗粒撒施无人机槽轮结构优化设计与试验

针对现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性强,难以满足无人机稳定变量施肥作业需求的问题,开展了排肥器关键部件参数的优化设计与研究,设计了9种不同凹槽形状和螺旋升角的排肥槽轮。同时,采用离散元方法仿真测试了各槽轮在低转速下排量范围和排肥时的稳定性,并开展了因素之间的交互作用判别试验和正交试验。试验结果显示:槽轮截面形状与螺旋升角之间存在交互作用,槽轮转速和螺旋升角对排肥脉动幅度的影响显著。最终,确定最佳槽轮结构参数组合:槽轮凹槽形状为偏心槽型,螺旋升角为60°。室内台架试验结果表明:槽轮转速和施肥速率具有较高的线性度,槽轮的截面形状和槽轮螺旋升角对不同转速下的排肥速率的影响均显著,相比台架试验和仿真试验测量的平均施肥速率,平均相对偏差为5.32%;在优化参数下,不同转速槽轮的排肥速率变异系数均小于1.20%,满足了无人机施肥的要求。

比例减压阀控制器硬件性能的影响因素和优化设计

比例减压阀是工程机械装备液压系统的压力控制元件,其压力控制性能直接受到控制器性能的影响。以比例减压阀用控制器为研究对象,建立控制器数学模型和整阀模型。然后,分析电阻、电感、频率和占空比对控制器输出电流大小和纹波的影响。其次,采用正交设计的方法,以电流、电流纹波为指标,综合考虑电阻、电感、PWM频率、PWM占空比等影响因素,优化设计控制器关键参数。最后,结合比例减压阀实物,验证优化后控制器的有效性。结果表明:控制器优化前的误差约为2.9%,控制器优化后的误差约为2.5%。研究成果为高性能比例减压阀研制奠定理论基础。

基于Kriging模型的锥形气体静压轴承优化设计

针对如何提升小孔节流式锥形气体静压轴承综合性能的问题,以气浮电主轴用锥形气体静压轴承承载力最大、气体消耗量最小为优化目标,考虑轴承尺寸和工况要求的约束条件,采用最优拉丁超立方法选取设计点,通过有限元法计算样本集,利用2种提高精度的加点策略构建针对优化目标的改进Kriging代理模型,最终使用非支配排序遗传算法获得最优解集。根据工况要求,通过权重系数法提出了3种优化方案,优化方案的气体消耗量分别降低至初始设计的28.85%,56.08%和73.87%;承载力则分别提升至初始设计的1.14,2.16和2.44倍;3种优化方案在中高转速下的性能提升会更加明显。另外,提高轴承锥度虽然能提升承载力,但同时也会增加气体消耗量。

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

基于改进NSGA-Ⅱ算法的加压滴灌管网优化设计

【目的】加快滴灌管网技术快速普及,提高管网系统的经济性与可靠性。【方法】以单位面积成本最低为经济目标,以不利节点的富余水头方差为可靠性目标,并考虑实际管网工程投资中的折旧费与运行管理费用建立加压滴灌管网优化设计数学模型,开展优化设计。以新疆某大型灌区内某加压滴灌管网系统为例,采用改进NSGA-Ⅱ算法方法与NSGA-Ⅱ算法对其进行优化。【结果】改进NSGA-Ⅱ算法的Pareto前沿解优于NSGA-Ⅱ算法;相同单位面积成本费用下,改进NSGA-Ⅱ算法求得的管网系统可靠性更高;经50次独立计算,改进NSGA-Ⅱ算法的均匀性指数(0.371)低于NSGA-Ⅱ算法的均匀性指数(0.404);基于改进NSGA-Ⅱ算法求解得到的单位面积成本费用为792.92元/hm^(2),较原工程方案的单位面积成本费用851.89元/hm^(2)降低了6.92%。不利节点的富余水头方差从0.15降至0.06。【结论】改进NSGA-Ⅱ算法的探索能力较NSGA-Ⅱ算法强,能够提供更优的解决方案,得到的优化方案能够同时提高管网系统的经济性和可靠性。

基于ANN-GA协同寻优的大跨度双曲桁架拱钢闸门结构优化设计

针对大跨度双曲桁架拱钢闸门结构的优化设计,采用拉丁超立方随机抽样方法建立试验抽样点,通过对抽样点的训练建立人工神经网络(ANN)预测模型;同时协同遗传算法(GA)的全局搜索能力,基于ANN模型构造相应的适应度函数,提出了一种ANN-GA协同优化的结构优化模型,并对某拟建60 m大跨度双曲桁架拱钢闸门关键构件进行结构优化设计。结果表明,ANN模型可有效应用于结构尺寸与闸门总质量及最大折算应力的非线性建模,训练后的ANN-GA模型可根据结构尺寸准确预测该结构尺寸下所对应的闸门总质量及最大应力值;通过建立基于ANN模型构建的适应度函数,GA可实现在ANN模型预测的基础上快速全局寻优并快速收敛,基于ANN-GA的协同优化方法对于闸门结构尺寸优化切实有效。研究成果可为闸门结构优化设计提供参考。

过Bézier测地三边形的B-B曲面优化设计

对满足测地三边形约束的3条首尾相连的五次Bézier曲线,提出了插值以该三边形曲线为曲面边界测地线的Bernstein-Bézier参数曲面(简称B-B曲面)优化设计算法。首先由边界测地线插值条件确定曲面边界线及邻接边界线的2排控制顶点;然后给出极小化曲面Bending能量泛函和Dirichlet能量泛函优化确定曲面内部剩余的控制顶点;通过分步优化方法确定曲面控制顶点实现算法。所构造的B-B曲面全次数为8,具有能量极小最优特性。实验结果表明,算法是可行和有效的。