基于仿真分析的复杂机械系统设计优化研究

文章分析了仿真分析应用原理、技术与流程,探讨了基于仿真分析的复杂机械系统设计要点,并结合实际案例分析准直参考网络系统准直板的优化过程,利用ANSYS仿真软件建立模型,对构件静力学进行分析,确定了最优方案,有效提升了构件性能,旨在增强国内机械系统设计水平,促进机械产业的良性发展。

基于Plant Simulation仿真技术的装配生产线优化研究

【目的】优化装备生产线,缩短产品交付周期。【方法】基于Plant Simulation仿真技术,对装配生产线进行建模、编程、仿真、分析和优化,有效计算产品产量和成本,识别并优化装配生产线的瓶颈工位。【结果】优化后的三维产线仿真模型产量增幅接近10%,生产效率明显提升。【结论】通过将智能制造技能竞赛和科研教学活动相结合,能够凝练总结竞赛内容,促使教师紧盯前沿知识,创新改革教学内容,实现以赛促教、以赛促学、以赛促改、以赛促建的多重目标。

基于JACK仿真的列车高级软卧卧铺舒适度优化设计研究

目前乘客对于火车高级软卧卧铺出行的需求正从功能型向体验型转变,为了更好地满足乘客的需求,文章以人机工程仿真软件JACK为工具,建立了仿真数字人模型和高级软卧卧铺仿真环境模型,分析了乘客上铺行为的舒适度、乘客下铺行为的可视域、依墙壁坐姿下的静态强度、卧铺的私密性及置物设施的易用性,通过上述分析得出高级软卧卧铺的设计缺陷,从人机工程学的角度对高级软卧卧铺提出设计策略,以期为高级软卧卧铺向体验型转变提供一定的参考。

基于Flexsim的定制门窗生产线仿真模型的构建与优化

定制门窗企业正加速推动生产线数字化转型进程以降本增效,然而,瓶颈工序严重影响生产线生产效率。通过使用Flexsim软件对生产线进行建模仿真能低成本反映生产线效能、识别瓶颈工序,为生产线优化提供数据支持,辅助企业决策。以某企业的金属定制门窗机加工生产线为研究对象,应用数字化仿真技术,在Flexsim仿真软件平台建立了机加工生产线及生产工艺数字化模型,并进行仿真测试,针对铝框定制门窗生产的工艺技术特点编写了自定义程序对建模仿真过程进行完善和优化。通过对仿真输出的数据结果与实际生产数据进行详细对比,验证了模型的有效性,并分析了该生产线存在的问题。研究发现:该生产线的端面铣床设备平均利用率低;钻孔铣床打孔工序为瓶颈工序,暂存区堵塞率高;运力不足,待加工工件之间存在竞争运输工具的现象。针对以上问题,根据ECRS(eliminate,combine,rearrange,simplify)原则提出了适合目标企业的改善方案,再次仿真后,瓶颈工序的平均加工时间缩短了15.16%,生产效率提升了4.7%。经实际生产验证了改善方案的有效性,可为定制门窗生产的数字化转型提供有益借鉴。

基于有限元仿真的后车门抗凹性能对比及优化

运用有限元仿真技术,使用3种压头类型对某乘用车后车门进行抗凹仿真分析,通过对比试验数据来判断哪种压头类型更贴近试验结果,并在此压头的模型上对后车门进行结构性优化以满足主机厂的车门抗凹强度目标值,其优化方式主要是对后车门外板添加环氧补强胶片以及偏移外板内部防撞横梁位置,以提高车门抗凹能力。

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。

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。

基于多目标狼群算法的机场行李导入系统仿真优化研究

针对民航机场行李导入系统运行过程中旅客行李注入等待时间长、系统能耗高等问题,综合考虑虚拟视窗控制方式、收集带式输送机运行速度、虚拟视窗长度及同时开放值机柜台数量等关键控制参数对机场行李导入系统运行效率的影响,提出一种求解该问题的仿真优化框架。通过分析机场行李导入系统实际运行工况,建立参数化仿真优化模型。以最小化旅客行李注入平均等待时间和系统能耗为优化目标,结合系统设计和运行过程中的实际约束条件,建立该问题的数学模型,并设计了一种多目标自适应并行狼群算法进行求解。该算法针对所提问题特性及经典狼群算法易陷入局部最优和收敛速度慢等不足,提出一种混合整实数单链编码方式,融合反向学习策略生成初始种群,引入自适应游走概率机制和智能行为并行机制,采用局部和全局自适应邻域搜索及启发式保优策略实现狼群算法智能行为搜索,使用Pareto非支配排序进行寻优迭代并获得最优解集。以国内某大型国际航空枢纽机场行李导入系统为例设计不同规模多种算法对比实验,验证了所提方法的有效性和优越性。

基于虚拟仿真技术的会展策划与管理专业人才培养方案优化研究

紧盯国家战略、数字经济发展和产业转型升级需求,融合新的《职业教育专业目录》规定,服务新时代复合型技术技能人才培养,服务“双师型”教师队伍建设,将科技引领、虚实结合融入会展专业人才培养,推进会展专业教师、教材、教法改革。将虚拟仿真技术融入课程资源和活页式教材编写,提升教师的数字素养,结合数字会展资源和虚拟仿真技术开展混合式教学,重构实训实践教学内容,开展新技术赋能下的职业教育教学改革。

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。

基于多目标演化优化的SVM对抗仿真测试算法

机器学习通常从数据中挖掘潜在的模式与规则,容易受到数据的影响而产生诸如过拟合、欠拟合等现象,进而影响学习模型的泛化与鲁棒性能。从对抗仿真测试的角度考察SVM可能存在的脆弱不稳定性,采用的对抗仿真策略是通过选择性地污染训练样本标签,模拟攻击SVM分类器使其性能退化,以测试其对训练样本的依赖性。为探究SVM分类器在不同样本组合攻击下的性能损失上限,设计了最小攻击代价-最大攻击成效这一对矛盾目标,构建了SVM仿真测试的多目标优化模型。该模型本质上是一种典型的多目标组合优化问题,可采用适当的多目标演化算法求解目标间的一组非支配解集,揭示分类器在不同样本组合攻击下的分类性能表现。在人工及真实数据集上的仿真对比实验结果表明:所提方法能够一次性生成不同攻击水平下的最优攻击样本组合,取得最大的分类性能损失,更能全面测试SVM分类器性能的稳定性。

更换托辊机器人履带式底盘的仿真与优化

为满足更换托辊机器人在煤矿井下复杂路面上以及狭窄长运距巷道内作业的需求,设计了带有姿态调整机构的履带式底盘,并结合煤矿井下的地形特征对底盘进行力学性能分析和关键部件优化。首先,利用多体动力学仿真软件RecurDyn建立履带行走机构的动力学模型,对6种经典工况进行仿真分析,通过对比履带张紧力和行驶转矩的仿真值与理论值来验证履带行走机构结构设计的合理性。然后,在ANSYS Workbench软件中对姿态调整机构进行静力学分析,并对其关键部件进行拓扑优化,以提高材料利用率并实现减重。最后,通过开展机器人行驶试验来测试履带式底盘的稳定性。结果表明,优化后姿态调整机构横移平台的最大应力降低了13.71 MPa,质量减小了36.92%;机器人在不同路况下均能稳定行驶且其姿态调整机构可正常工作。研究结果可为复杂工况下履带式煤矿机电设备的行驶性能优化提供参考。

高校大学生心理健康评价指标体系与仿真技术研究——基于神经网络优化算法

本文以促进大学生心理良性发展为导向,以大学生心理健康问题的诱因为切入点,确定大学生心理健康评价指标体系。从分类问题和回归问题角度出发,在分类问题中使用有监督分类学习器对大学生心理健康评价体系进行建模,在回归问题中使用神经网络类学习器进行分析。使用SOM聚类算法验证大学生心理健康评价指标体系的稳健性,并基于神经网络学习器进行模型训练,针对最优权重以及阈值的选择问题使用遗传算法进行优化。

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ADAMS/CAR的某SUV汽车操纵稳定性仿真实验分析及优化

操纵稳定性是车辆正常行驶时受到外界扰动后保持稳定运行或迅速恢复稳定的一种能力,对车辆安全平稳运行至关重要。为优化车辆的操纵稳定性,对某SUV汽车进行动力性分析,建立物理模型和数学模型,阐述悬架对汽车操纵稳定性的影响。采用ADAMS/CAR进行整车建模,运用MATLAB软件对操纵稳定性评价指标进行评分。选取悬架的力学特性参数作为优化变量,以操纵稳定性评价指标的评分作为优化目标,通过对比选取最优方案。研究结果表明:NGSA-II算法对道路实验评价指标的优化效果较好,能够显著提升整车的操纵稳定性。

高铁枢纽与城市轨道交通换乘流线仿真与优化

针对高铁枢纽与城市轨道交通换乘流线优化问题,以南京南站作为研究对象,建立全过程仿真模型,识别换乘瓶颈,采用梯度提升决策树法(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)确定参数重要度,提出改善方案.首先,分解换乘过程的行人与设施流线,分析高速铁路到达客流与城市轨道交通客流的分布特征.其次,使用AnyLogic软件建立高铁枢纽换乘城市轨道交通的全过程仿真模型,分析现状仿真结果,识别空间瓶颈.然后,设计不同优化类型下的措施参数及调整范围,形成不同参数组合方案.采取梯度提升决策树算法,识别不同措施参数的相对重要度,并据此确定改善措施的优先级.最后,依据措施的优先级,确定不同类型下的优化组合方案,选择机器学习全局可解释性方法对其进行优化效果分析,为不同场景下的服务改善提出建议.研究结果表明:换乘瓶颈主要集中于楼/扶梯通道设施以及闸机、售检票机等服务设施处;乘客换乘城轨的购票比例对平均换乘时间和单位时间最大换乘人数均起到重要影响,对于平均换乘时间,城轨自动售票机数量、购票时间、城轨进站服务时间、城轨进站闸机数量的影响相对较大,对于单位时间最大换乘人数,购票时间与城轨进站闸机服务时间的影响相对较大.为提高高铁枢纽换乘效率,建议推广电子客票和多种支付方式,优化购票及检票设施.

公路新型波形梁护栏结构仿真优化研究

为了解决开发公路新型护栏过程中需要实车足尺碰撞导致的经济代价高昂问题,论文采用有限元计算仿真设计了一种由轻量化不锈钢三波板和低合金高强度结构钢组合而成的公路新型SB级护栏结构。在深入分析材料特性基础上,构建了新型护栏立柱和防阻块及相应的有限元模型。在验证整车模型可靠性基础上,设计了护栏板厚度、立柱厚度和防阻块厚度三因素四水平的正交实验仿真方案。碰撞仿真结果表明:三因素中防阻块厚度对车辆质心加速度的影响程度最大,且随着防阻块厚度的逐步增大,车辆质心加速度增大;护栏板厚度对护栏横向最大动态变形量的影响程度最大,且随着波形梁板的厚度逐步增大,护栏的最大动态变形量变小。最后,综合考虑碰撞指标和经济性,确定了护栏最优组合方案并验证了可行性。研究成果可为公路新型护栏结构优化提供参考。

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。

天然气管线计划性放空回收数值仿真模拟

天然气中甲烷的温室效应强度远高于二氧化碳,消除或减少输气管线放空作业中的天然气排放对实现双碳目标具有重要意义。为此,针对需计划性放空的输气管线,分别对采用下游压气站离心压缩机和移动式往复压缩机的2种天然气回收过程以及传统冷放空过程建立了瞬态仿真模型,并对放空回收所需总时间、放空气量、回收气量等参数进行了对比分析。研究结果表明:(1)采用隐式中心差分法求解这些模型,获得的回收时长、排放时长、回收气量、排放气量等参数与相应的TGNET软件仿真结果及放空过程实际数据的偏差均在±8%以内;(2)针对放空气回收过程的仿真模型,离心压缩机和往复压缩机需要考虑进行边界条件的转换;在放空过程的模拟中,需要考虑立管出口处压力和流速边界条件的转换;(3)针对输气管线计划性放空提出了3种天然气回收方案,其中方案1利用下游压气站的离心压缩机,方案2利用移动式往复压缩机,方案3为方案1和方案2的组合,即先用下游压气站的离心压缩机进行回收,当其进口压力降至允许最低值时,再切换至移动式往复式压缩机继续回收过程。结论认为:(1)方案1的回收时长最短但回收率最低,方案2的情况刚好相反,而方案3的回收率与方案2相近但回收时长介于方案1和方案2之间;(2)针对阀室间管线放空气回收方案的选择,离心压缩机与往复式压缩机结合进行回收的方案,可同时兼顾回收时长和回收效率,具有较好的经济性和可行性,因而具有较好的综合效果。