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。

球型调节阀液动力矩特性仿真及优化设计

为了获得液体火箭发动机调节阀的液动力矩特性,采用kubota空化模型和标准k-ε湍流模型针对某型调节阀在发动机运行工况下的空化流动开展了数值仿真研究,通过与液流实验数据的对比验证模型准确性,并定量分析了阀芯液动力矩的影响因素、分布特性和演化规律。研究结果表明:阀芯液动力矩大小取决于开度、压差和阀芯流道直径。相同压差下,开度由10°增加至80°,液动力矩单调增加,方向均为使阀芯关闭。相同开度下,压差分别增至3倍和5倍,液动力矩分别变化为原来的3倍和5倍左右。液动力矩分布主要由密封面力矩和主流道力矩两部分组成。随着开度的增加,密封面力矩先减小后增加,主流道力矩先增加后减小。阀芯流道直径由70 mm减小为60 mm,液动力矩最大值增加了24.5 N·m。这是因为相同发动机工况下,减小流道直径使得阀芯开度增加,主流道力矩增加数值大于密封面力矩减小数值,所以总液动力矩呈增加特征。提出了削去原始模型主流道下壁面区域的优化方案,优化模型在100%工况时液动力矩仅为13.2 N·m,且优化模型的流通面积保持不变。与降低流道直径的优化方案相比,所提出的针对主流道下壁面优化方案液动力矩最大值减小了94.4 N·m,大大减轻了控制电机的负荷,已成功经过多次发动机试车考核,提高了液体火箭发动机的可靠性,并为实现发动机轻量化提供了重要参考。

复杂工业产品多学科设计仿真优化平台(UniXDE)研究与应用

针对国内外已有的复杂工业产品多学科设计仿真优化框架与平台在多学科模型集成能力、计算能力、协同能力方面的不足,研究和开发国产自主的新一代复杂工业产品多学科设计仿真优化框架与平台UniXDE(unified exploration and design environment)。本平台基于微服务云架构技术构建整体框架,提供低代码仿真优化流程编排、组件化CAD/CAE参数化集成接口、丰富的多学科设计优化算法库、分布式高性能优化计算引擎、可视化计算监控和报告自动生成等功能。通过白车身轻量化、船型优化、飞行器起落架性能优化等工程应用,表明UniXDE可显著提升产品综合性能和设计成功率。

空气涡轮起动机包容性数值仿真与结构优化设计方法研究

运输类飞机适航条款明确规定空气涡轮起动机等含高能转子的设备必须具备足够的轮盘破裂包容能力,但国内相关单位普遍缺乏空气涡轮起动机包容结构的正向优化设计方法。为解决该问题,本文采用有限元数值仿真方法开发出多参数优化的自动化计算软件平台和流程,通过建立包容环结构的多参数实验设计(Design of Experiments,DOE)样本数据库,根据样本数的优化结果构建Kriging近似模型,并利用有限元计算获得最优的结构设计参数。该方法选取U形包容环截面的厚度δ,槽宽a,槽深h和槽缘宽s等参数进行优化,采用数值仿真和试验验证相结合的方式进行对比分析。结果表明,优化后的包容环径向变形量可达到29.7%,相比于优化前的18.9%具有明显提升;优化后的包容环径向变形更充分、吸能效果更好,在相同包容性条件下减重效果高达38%。通过采用本文提出的结构优化设计方法,实现了某型空气涡轮起动机包容环的正向优化设计,该方法可用于在役空气涡轮起动机包容环的优化与新型号空气涡轮起动机包容环设计。

航空航天用电磁离合器磁场优化设计与仿真

为优化航空航天用某型号电磁离合器的磁场性能以满足某项目要求,文中对其磁场部分运用数值计算方法进行了优化设计,并运用ANSYS Workbench根据航空航天环境对磁轭进行了模态分析,根据优化设计相关数值对摩擦片与衔铁进行了静力学分析。研究结果表明,原先离合器扭矩为,而优化后的磁场可产生的电磁力,电磁离合器转矩容量为,在此条件下的零部件机械性能可满足项目需求,验证了优化该电磁离合器磁场的合理性与可行性。

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。

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。

宽工况离心压缩机的气动设计及仿真优化

离心压缩机由于需要在不同的工况下运行,因此需要具有较广的工作范围和较高的工作效率。根据设计要求进行单级离心压缩机的一维气动设计,并结合商业软件完成三维建模,采用NUMECA软件进行了三维数值仿真得到了设计工况下的气动性能。通过改变压缩机叶片几何参数如叶片厚度、叶片数、前缘角和叶型,分析其对离心压缩机性能和流场的影响。数值计算结果表明:离心压缩机叶片在70%叶片厚度、15个叶片、前缘角半轴比为3和NACA6306叶型叶片时,整机在全工况下满足压比要求且等熵效率最高。结合内部流场分析发现,影响离心压缩机效率的主要因素是流场高熵区的变化,优化过的压缩机的叶片有更好的流场分布,能有效减小高熵区大小。

中国先进研究堆功率调节系统的仿真研究及优化设计

基于核电厂SimPort仿真平台构建了中国先进研究堆(CARR)功率调节系统仿真模型,利用该模型对CARR功率调节系统进行了瞬态仿真研究;针对CARR功率调节系统驱动机构的特点,研究了控制棒位移精度以及电磁线圈和衔铁位移延迟对系统稳定性的影响。综合考虑CARR系统的工艺要求和功率控制系统的功能及特点,得到了数字控制器的整定参数和控制棒驱动机构的稳定限值:数字控制器的采样周期T=100ms,比例增益KP=300;控制棒位移精度的稳定限值为0.4mm,电磁线圈和衔铁的稳定限值为6.0mm。

模拟仿真在电子信息工程设计与优化中的应用

阐述模拟仿真技术在电子信息工程中的应用特点,包括在集成电路、通信系统、射频电路设计中的应用。模拟仿真技术可以提高产品的可靠性和性能。

高强度安全型柱塞式氮气弹簧优化设计与仿真

为解决氮气弹簧缸筒由于损伤破坏导致的安全隐患问题,文中采用有限元仿真方法找到了与实际损伤一致的关键隐患点,并优化设计出一种新的高强度安全型柱塞式氮气弹簧结构。仿真结果表明:仿真可有效地反映出安全问题关键所在;优化后的氮气弹簧结构与原结构相比,柱塞杆上最大应力从501.36 MPa减小至183 MPa,大大提高了柱塞杆结构强度;新结构中端盖应力最大,且柱塞杆的两级凸台具有应力差,可在危机时实现卸压保护和多级防脱功能;该新结构满足实际工作要求,并具有较高的强度及更好的安全性。

某型电子程控器可靠性仿真分析与优化设计

随着人们对电子产品可靠性的要求越来越高,利用失效物理方法识别产品潜在的薄弱点在产品设计中备受关注。基于失效物理理论,采用可靠性仿真分析方法,对电子程控器进行可靠性分析。通过建立电子程控器数字样机模型,开展相应的应力分析与故障预计,评估电子程控器可靠性指标平均首发故障时间(MTTFF),并根据仿真分析发现的薄弱环节进行优化设计。结果表明:可靠性仿真结果与理论计算结果相差较小,可以作为型号可靠性指标评估的依据,减少采用物理样机进行可靠性试验的周期和费用;优化改进后的电子程控器其可靠性得到较大提升。本文研究可为后续型号可靠性评估与设计提供理论参考。

基于仿真模拟技术的老旧小区应急疏散机制及标识优化设计——以深圳市为例

伴随极端气候影响,老旧小区的应灾脆性特征愈发凸显,其疏散问题亟待解决,现行规范对此类建筑的应急疏散标识的指导有限。文章以深圳市老旧小区为原型,对老旧小区的疏散问题进行归纳,并将疏散体系分成鱼骨式和内环式两类基本路网结构,使用疏散模拟软件Pathfinder,分类研究其疏散机制,获取总疏散时间、人员分布密度云图、各出入口完成疏散时间及承载疏散量等数据指标,识别疏散过程中的拥堵区域,评判疏散效率,以总疏散时间和改善道路拥堵状况为优化目标,通过改变人员的疏散路径,提升疏散效率,分别形成对应的应急疏散最优预案,指导老旧小区标识的布点方式、标识牌信息的优化设计,最终形成老旧小区应急疏散标识的优化设计策略,为提高老旧小区安全保障能力做出贡献。

基于仿真软件的仓储网络优化设计研究

根据某仓储网络配送的历史数据,建立供应链能力指数模型,同时建立仿真模型,优选不同配送方案。对原有仓储网络的配送时效、运输成本、总运输距离等关键数据进行仿真分析,通过仿真实验,对RDC城市进行重新设计优选,展示了仿真技术在仓储网络优化设计中的良好应用前景。

仿真技术在“机械优化设计”教学中的研究

“机械优化设计”是机械类专业的一门重要课程,课程内容主要包括优化设计的基本概念和基本方法、优化设计方法、优化设计实例三大部分。课程目的是使学生树立优化设计的思想,掌握优化设计的基本概念和基本方法,获得解决机械优化设计问题的初步能力。随着仿真技术的快速发展,探索信息技术、计算机技术和优化理论的融合方法,并将仿真技术应用于机械优化设计领域,为其提供一种重要的科学优化设计方法,培养学生能够基于计算机仿真模拟相关知识,进行合理分析、评价大数据工程实践。

综采工作面液压支架回撤平台的优化设计及有限元仿真分析

在煤矿综采设备中,液压支架占据了相当大的数量、体积和重量,因此其回收效率对整个工程工期的长短具有至关重要的影响。当前,传统的撤回工艺无法满足综采工作面交错作业的需求,因此需要进行综采工作面液压支架回撤平台的结构优化设计和仿真分析。回撤平台结构优化主要是对传统采煤工艺进行分析,完成综采工作面液压支架采煤平台整体结构的设计;最后,利用ANSYS软件对主要结构进行了合理性、可靠性和安全性测试。

基于交通仿真的互通立交优化设计

影响交通运行的相关因素越来越多,仅应用常规理论计算和技术指标对比的评价方式,已然不是解决各种交通问题的最优方案。依托某工程项目的互通立交方案,介绍了交通仿真结果的应用,并对互通立交关键节点进行了优化设计。提出环型立交设计指标的选取及交通组织设计的要点,对交通仿真模型参数的标定提出一套方法论,供参考借鉴。

基于Anylogic仿真模拟软件的高铁站应急优化设计研究——以太原南站为例

高铁站作为人员密集、流动频繁的公共场所,如何做出相应优化设计、降低疾病传染的概率备受社会关注。文章立足于提升高铁站应急能力的优化目标,以太原南站为例,运用Anylogic仿真模拟软件对旅客行为进行模拟,以预估感染人数和空间风险等级为指标,分析空间风险特征点形成的原因,提出重组进站流线、划分候车区间和均匀区域人流等优化措施,并对比优化前后结果,以期提升高铁站应急能力。

基于动力学仿真的多目标曲面表皮优化设计研究与实践

为了应对复杂曲面对建筑工程带来的挑战,本文结合项目的设计、建造实践,借助参数化工具与Kangaroo动力学模拟插件提出了一套基于动力学仿真的多目标曲面优化设计策略,阐述了优化设计的方法与经验,并验证了该策略的可行性。