斯特林机帽式密封性能分析及回归参数优化设计

为改善斯特林机活塞杆帽式密封性能,首先采用数值仿真分析了5 MPa工质压力下其静、动态力学特性,从而获取了O型圈内径尺寸L_(N)、C型环径向壁厚T和装配过盈量S这3个关键结构参数对密封性能的影响规律。在此基础上,利用回归设计法以配伍面最大接触压力平稳且密封可靠为优化目标,对密封结构的上述3个关键参数进行优化设计以确定其最佳匹配方案,最后通过密封试验台验证了本文优化设计方法的准确性和普适性。结果表明:活塞杆与C型环密封面中间区域上最大接触压力随L_(N)和S的增大而增大,但随T的增大而减小;通过估计回归系数和方差分析(ANOVA)发现,L_(N)对密封性能影响最为显著、S次之、T影响最小;L_(N)和T、L_(N)和S交互项对响应显著,而T和S交互项对响应不显著;当L_(N)为13.745 mm、T为0.40 mm和S为0.020 mm时,优化密封件对应的正行程最大接触压力为9.01 MPa、回程为9.75 MPa,较工程在用密封件(L_(N)=13.780 mm、T=0.50 mm、S=0 mm)最大接触压力分别降低了14.7%和25.5%。实验进一步验证了优化密封件的密封性能和使用寿命均优于工程在用密封件,并且在不同工质压力下优化密封件的接触压力均匀性更好,减摩延寿效果显著,充分证明本文性能分析与优化设计方法准确有效。

考虑锚杆预应力作用下隧道围岩力学分析及参数设计

隧道工程中锚杆设计多依靠经验法和类比法,为研究预应力锚杆支护体系下围岩的力学效应,建立预应力锚杆与围岩力学耦合模型,考虑围岩开挖损伤效应,通过弹塑性力学理论推导出隧道开挖后围岩应力分布及径向位移解析表达式,采用有限差分软件FLAC3D进行算例验证并分析预应力锚杆参数对围岩状态的影响。研究结果表明:理论解析和数值模拟中最大切向应力和围岩塑性区半径分别为4.77 MPa、15 m和4.49 MPa、15.86 m,理论解析与数值模拟所计算隧道围岩应力分布、位移基本一致,在Ⅳ、Ⅴ级围岩地层中验证了理论解析解的合理性;随着预紧力增大,处于塑性区的围岩径向位移及塑性区半径逐渐减小,弹性区基本不受影响;当锚杆自由段长度位于塑性区时,随着锚杆长度增加,围岩塑性区径向位移及塑性区半径逐渐减小。在实际工程中应尽量增大锚杆预紧力,锚杆长度增加对围岩位移以及塑性区的发展控制效果有限,应控制锚杆自由段长度在塑性区内。

冰上运动建筑曲面光伏参数化集成设计研究

2022年冬奥会成功举办,国内掀起了冰上体育运动的热潮,冰上运动建筑需求量和能源消耗量随之增长。光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)作为建筑节能的主要手段之一,在体育建筑屋面具有较大的集成潜力。通过建立寒冷地区曲面冰上运动建筑典型模型进行集成设计研究,基于Grasshopper参数化平台实现新型柔性CIGS薄膜光伏组件沿屋面曲线形态的优化布置,从两个层级出发,提出参数化设计方法与构造措施。通过Honeybee进行能耗模拟,结果表明,该柔性光伏系统全年可以为冰上运动建筑降低15.82%的能量消耗,进而验证了该方案的节能性,为建筑师进行寒冷地区曲面冰上运动建筑设计的节能优化设计提供数据支撑及科学依据。

对称悬架混联轮腿机器人结构设计与参数优化

为了实现机器人在地下空间低能耗的灵活运动,文中设计了一种对称悬架混联轮腿机器人,并针对其腿部参数优化问题,提出了一种基于沙猫群算法的性能均衡优化方法(简称均衡优化方法)。结合对称四边形机构与悬架系统,设计了一种对称悬架混联式轮腿结构,并建立其运动学和动力学模型,分析了腿部杆长对单轮腿运动空间和灵活性指标的影响,预优化确定了腿部初始杆长均为0.3 m。在满足轮腿越障规划空间及高灵活性的基础上,为了实现低能耗,建立了轮腿性能均衡优化评价指标,采用均衡优化方法对腿部杆长进行了优化研究。数值计算结果表明:大腿和小腿杆长最优值分别为0.23 m和0.3 m,该轮腿运动能耗为23.18 J,运动空间为0.1322 m2,灵活性指标变化范围为(0.2,1)。优化后灵活性保持不变,运动空间减小了24.54%,能耗降低了22.60%,验证了该方法合理有效,为轮腿机器人的设计与优化提供了一种新的思路。

砻谷机转子系统结构参数辅助计算系统的设计与实现

[目的]提高胶辊砻谷机转子系统机械工作效率。[方法]基于VB与Matlab平台开发可在Windows系统下独立安装运行的胶辊砻谷机转子系统结构参数辅助计算系统(RRHRSPD)。根据等效设计方法和传统机械设计方法建立了砻谷机的工艺参数、动力参数、结构参数间的耦联关系,探明了转子系统结构参数的设计计算原理;采用VB开发系统操作界面并实时调用Matlab动态链接库,形成系统的核心运算机制,并对系统进行封装发布。[结果]开发了一套胶辊砻谷机转子系统结构参数辅助计算系统。[结论]该系统的计算结果准确、可靠,不仅可用于砻谷机转子系统机械结构的设计计算,也可用于砻谷机性能分析的虚拟试验平台。

数控机床伺服系统参数设计数字孪生实验平台

为解决数控机床伺服系统参数设计相关实验,在真实机床上难开展、高耗材、安全风险大等问题,提出了一种“基于MCD+PLCSIMAdvanced+TIA架构的伺服系统参数设计数字孪生实验平台”设计方案。该方案将机床模型实体与数字孪生实验平台有机地结合起来,以“单轴伺服系统参数优化设计实验”为例,对数字孪生实验平台伺服系统的相关参数进行了调试与优化,并在机床模型实体上对其所得参数的准确性进行了验证,同时也证实了该数字孪生实验平台设计方案的可靠性。

参数优化设计与TRIZ理论集成设计方法研究

为消除存在于设计方案中的设计冲突,扩展可行解的备选空间,在研究设计冲突的捕捉方法以及资源引入的要求的基础上,提出将参数优化设计与TRIZ理论集成的设计方法。分析了参数优化设计问题的分类以及冲突的特点,提出了以ENV(Element Name Value)模型来表达优化设计冲突的方法,该方法用于支持优化设计冲突向TRIZ冲突问题的模型转化。提出了优化设计冲突的四种求解方法及冲突求解路径,构建了参数优化设计与TRIZ结合应用的过程模型,并解释了过程模型中的关键步骤。应用所提出的方法对X型竖矩形驳接爪进行再设计,应用Ansys Workbench进行参数优化设计及仿真,通过仿真数据的对比验证所提出的方法的有效性。

高参数大型游乐设施服役健康管控技术体系设计

高参数大型游乐设施结构型式多样,运动型式复杂,失效模式众多。其服役健康管控涉及风险评价、检测/监测、故障诊断、寿命评估、健康评价、使用管理等多方面。只有建立全面系统的健康管控技术体系,才能从根本上保障设施的运行安全。以高参数大型游乐设施为研究对象,以设备失效、故障和事故为问题导向,设计了系统科学的健康管控技术体系,分别从健康管控指标体系、检测/监测关键技术、健康评价关键技术、健康恢复与保持等四方面分析了有待解决的技术问题和服役健康研究方向。研究结果为全行业开展相关技术研究提供了思路和指导。

复合材料尾门结构的拓扑-参数一体化轻量化设计

以某新能源车型的尾门为研究对象,结合注塑长玻纤增强复合材料,提出了一种结构拓扑参数一体化轻量化设计方法,并为尾门性能仿真和优化设计分别建立了联合仿真和常规仿真模型,提高了仿真精度和优化效率。首先,基于常规仿真模型通过三步式结构概念设计优化并重新设计了复合材料尾门结构。然后,建立了用于后续多目标优化的联合仿真模型,并通过样件试制和性能试验进行了验证。最后,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对尾门的筋条厚度、关键位置厚度、截面尺寸进行了详细优化。优化后的复合材料尾门质量比原钢制尾门减小了27.2%,同时尾门扭转刚度、横向刚度、弯曲刚度及自由模态满足应用要求。

TPMS骨组织多孔结构参数化设计方法研究

三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)曲率为零,具有相连通的高孔隙率结构,能够更好地适应细胞增长、营养物输送和代谢物排出。基于传统CAD的TPMS多孔结构设计,孔隙率、孔径大小与TPMS曲面参数未建立明确的对应关系,设计缺乏灵活性。通过探究阈值和周期对孔隙率的影响关系,提出一种TPMS多孔结构参数化设计方法。基于TPMS设计孔单元,研究发现阈值与孔隙率基本呈线性关系,周期与孔隙率无关,但周期的改变会显著影响模型的孔径大小。由此将阈值和周期作为参数化设计的主要参数输入,可自动生成孔隙率和孔径大小可控的多孔结构。该方法实现于Rhinoceros的Grasshopper(GH)插件,并进行实例验证。

多参数水效在线检测系统的设计

设计了一种多参数模块化水效在线检测系统。取水和循环模块实现自动取水和循环;水效检测模块实时检测pH、电导率、浑浊度、硬度等水效参数和温度、压力、流量计等管路参数;数据处理模块对上述数据进行转换和分析。数据通信方式采用Modbus通信协议。检测机构通过上位机直观地了解用水产品水效情况,实现对目标水效的实时监控。所设计的多参数水效在线检测系统为用水产品水效检测提供了一个良好的解决方案。

确保设计研究有用的核心之一:设计参数与研究调参路径

【目的】通过揭示景观设计实践与科研的错位,强调设计参数的重要性并提出“通过研究调整设计参数”(简称研究调参)策略及可行路径,从而确保研究对设计实践有用,以应对日趋复杂和综合的景观设计需求。【方法/过程】首先,明晰设计参数的定义和分类;其次,针对设计参数的系统化研究思维,阐释研究调参的基本逻辑及具体路径。【结果/结论】研究调参是设计研究的核心抓手之一,其关键在于将设计参数转化为研究假设和自变量,设计参数可分为理念模式和物质环境两类。提出4种研究调参的路径:针对现在的“理念模式对比”和“物质环境差异”,以及针对未来的“理念模式情景”和“物质环境调参”。通过延展研究内容和实践重点,将研究调参的可行路径拓展至8种,进而促使设计研究区别于其他专业的研究,确保设计研究的实用性,更好地推动寻解研究以及循证设计。

弧齿锥齿轮齿面建模和参数化设计系统软件开发

基于弧齿锥齿轮的复杂齿面设计和实际啮合情况,提出一种利用齿廓成型刀具的齿廓建模方法,能有效实现弧齿锥齿轮齿廓的精确建模.以弧齿锥齿轮为主要建模对象,提出自动化建模及装配方法,开发一种参数化设计系统软件.该软件能够实现弧齿锥齿轮的自动化快速建模和装配,缩短建模时间,提高设计质量与效率,有助于推动产业数字化转型,发展高端装备制造业.

考虑过程能力指数的参数和容差并行设计方法

针对传统田口产品优化设计中先参数设计后容差设计试验次数多、制造成本高的问题,引入非对称质量损失和考虑过程能力指数的参数和容差并行设计,在保证产品质量的同时,有效的节约了制造成本。首先,进行中心复合试验设计,再由试验数据建立均值和方差的响应曲面模型;随后提出非对称质量损失函数以及根据经验数据建立容差成本模型,之后再构建改进的过程能力指数;最后将非对称质量损失函数和容差成本模型代入过程能力指数函数中,并利用改进遗传算法(NSGA-Ⅱ)寻优同时得出参数及其容差组合。通过桥式放大机构试验的实例分析,说明该方法提高了产品的质量性能,并减少了生产运作成本。

主跨160m铁路网状体系拱桥设计参数影响研究

为研究铁路网状体系拱桥的结构受力性能,以某主跨160 m双线铁路网状体系拱桥为研究背景,采用有限元方法,建立桥梁结构的三维空间仿真分析模型,对比吊杆根数、吊杆倾角、拱肋倾角和矢跨比4种设计参数对桥梁静力性能的影响,讨论结构位移、轴力、弯矩、应力等响应的变化规律。结果表明:吊杆根数的增大能减小活载引起的桥梁竖向位移,但拱圈压应力有所增大;桥梁的最大拉应力和最大压应力均随着吊杆倾角的减小而增大,最大压应力出现在拱肋拱脚位置,吊杆倾角为40°和50°时,吊杆所受拉应力大于钢材容许应力,吊杆倾角大于50°时,梁端短吊杆受压;随着拱肋倾角增大,拱桥拉应力近乎线性增大,压应力有所减小;矢跨比越大,活载作用下跨中挠度越小,桥梁最大轴力和弯矩有一定程度减小,吊杆受到的拉应力也越大,矢跨比为0.14~0.20时,拱桥最小应力绝对值随着矢跨比的增大而减小,而当矢跨比从0.20增大至0.22时,最小应力绝对值则显著增大。

基于参数化建构的云锦延伸设计——以陈之佛图案骨式为起点

本文对陈之佛提出的图案骨式进行结构性分析及图案建构创新与参数化设计,旨在探究非遗与现代图案设计、参数化设计、陈设设计等艺术科技相融合的契机与理论依据,并结合公共空间环境下的室内陈设品、空间装置艺术的研究实验,探究南京云锦织造技艺在非遗延伸设计中的运用方法,希冀为传统非遗可持续发展提供一条新的思路。

GRASSHOPPER参数化在竹编编织形态中的设计创新

在数字化的大背景下,我国的非遗传统手工艺竹编编织面临巨大的挑战。运用新技术与传统竹编编织相结合,活化传统,将传统竹编进行创造性转化与创新性发展[1],改变了传统竹编的存在方式。笔者通过对传统竹编编织进行调研与梳理分析,总结出传统竹编编织在结构、外观、技艺传承、市场等方面存在形态单一、手工技艺接近失传、应用载体和运用领域局限等突出的问题。引入grasshopper参数化方法,使用rhino软件和grasshopper插件解构竹编方式,提出竹编编织形态中的设计创新路径,构建竹编形态参数化运算器、搭建参数化设计数字平台、组建多种参数化编织形态数据库;运用案例操作,在造型和功能上实现多样化的表达。创造出拥有传统竹编气质的各种当代设计新形态,并为其他传统手工艺领域的应用提供借鉴和参考。

挤压铸造工艺参数的案例推理设计方法

挤压铸造工艺参数是挤压铸造的关键,目前主要通过实验和经验来确定,效率低。结合数据驱动制造的趋势,提出基于案例推理的挤压铸造工艺参数设计方法。将收集的工艺数据视为案例,然后构建挤压铸造工艺参数的马尔可夫毯约简非关键影响因素,去除冗余影响因素并建立案例属性的关系,在此基础上,应用信息熵确定彼此的权重,然后基于案例推理原理得到新材料铸件的工艺参数。通过实验和应用,证明了该方法的有效性和准确性,为挤压铸造工艺参数设计提供了新的方法,可大幅度节省设计时间,也加强了对已有数据的利用。

基于实验方案设计的卷积神经网络超参数优化方法

卷积神经网络是人工智能的重要组成部分,在自然语言处理、图像识别等领域表现优异。卷积神经网络模型超参数配置涉及训练策略,在卷积神经网络大模型优化方面起着至关重要的作用。现有超参数优化方法耗时耗力,遍历整个超参数空间,容易陷入局部最优解。首先,构建3个不同深度的自建卷积神经网络作为优化对象,以提高模型在验证集上的准确率为优化目标找到最佳的超参数配置。其次,考虑优化神经网络大模型的训练过程并提高模型性能的需求,提出一种基于实验方案设计的卷积神经网络超参数优化方法。最后,为了验证方法的有效性,依据均匀设计理念构建训练方案,生成超参数优化组合,进行主观经验生成训练方案的对比实验。结果表明:所提出的优化方法在收敛速度、准确率和计算效率上更具优势。该方法为实现卷积神经网络大模型的高效训练提供支持,具有良好的通用性,可以应用于不同规模的卷积神经网络训练任务。

多源多负荷直流微电网的稳定裕度分析及控制参数优化设计方法

为研究多源多负荷参数间的耦合交互对系统稳定运行的影响,该文建立多源多负荷直流微电网的小信号模型,基于系统振荡模态以及参与因子进行电压稳定性分析。在考虑同类参数耦合的系统稳定裕度分析中,发现全新规律为三台电源供电时,源侧线路长度采用“两长一短”比“两短一长”时系统稳定裕度更大。在考虑异类参数交互的系统稳定裕度分析中,详细解释了多源中下垂系数和虚拟惯性系数的交互作用。基于多控制参数的耦合交互影响,提出控制参数优化设计方法,实现系统稳定裕度最大,并使多源具有提供较大惯性的能力。最后,实验结果验证了上述分析的正确性。