基于响应面法的端面齿轮精压成形模拟及优化研究

为了提高新能源汽车用端面齿轮的成形质量,提高锻件综合性能,减少模具磨损,以端面精压成形工艺代替传统闭式模锻,利用有限元模拟技术和BBD响应面法对其成形过程进行数值模拟和工艺优化。选取摩擦因数、成形速度和坯料温度作为优化参数,以最大成形载荷和变形均匀系数作为优化目标,利用响应面模型进行多目标优化,结果表明:坯料温度和摩擦因数对成形载荷的影响最显著,而变形均匀系数主要受坯料温度的影响;最佳工艺参数组合方案为摩擦因数0.11,成形速度1.38 mm·s^(-1),坯料温度400℃。在最优工艺参数下进行锻件成形过程的多物理场分析,结果表明:坯料流动方向有序,齿根部位优先发生塑性变形,齿形端面的等效应力和等效应变分布均匀性在成形过程中不断提高,试验得到的锻件成形质量良好,未发现明显成形缺陷,齿形端面的显微硬度较初始态提升了8.1%。

基于响应面法的TC11钛合金振动热摆辗损伤预测及工艺优化

为有效避免TC11钛合金振动热摆辗过程中出现的材料损伤,获得对摆辗件损伤最小的工艺参数,以TC11钛合金圆柱件作为研究对象,建立基于Lemaitre断裂准则的TC11钛合金圆柱件振动热摆辗有限元模型,通过仿真获得TC11钛合金圆柱件振动热摆辗损伤值,以振动热摆辗损伤值为优化目标,采用响应曲面分析法建立基于TC11钛合金圆柱件的振动热摆辗损伤预测模型,将摆辗成形过程中的加热温度、进给速度、振动频率和振动振幅作为影响因素,分析各影响因素对振动热摆辗损伤值的影响,并进行实验验证。结果表明,各因素对摆辗件损伤值影响显著性按降序排列为:进给速度→加热温度→振动振幅→振动频率;通过对响应面损伤模型进行寻优设计,获得振动热摆辗工艺参数的最优组合为:加热温度为906℃,进给速度为4mm/s,振动频率为49.1Hz,振动振幅为0.066mm。

响应面法优化酱牛肉超声-脉动滚揉腌制工艺

[目的]本文旨在明确超声和脉动滚揉腌制联用对酱牛肉品质的具体工艺参数。[方法]以牛腿肉为原料,分别以超声时间、超声功率、脉动滚揉时间为单因素,通过质构、剪切力、模糊感官评分、色差筛选出较优的单因素范围,并在单因素试验基础上以剪切力、模糊感官评分为响应值进行响应面优化试验。[结果]试验得到最佳工艺参数:超声时间108 min、超声功率255 W、脉动滚揉时间3 h。此时得到酱牛肉剪切力为37.94 N,模糊感官评分为89.70分,与模型理论值相近。与传统静态腌制相比,用最佳超声-脉动滚揉腌制工艺制作的酱牛肉剪切力显著降低、模糊感官评分提高,色泽得到改善。两因素交互作用结果表明,超声功率和超声时间对酱牛肉剪切力影响显著,超声时间和脉动滚揉时间对酱牛肉模糊感官评分影响显著,因此在实际生产中需根据需求选择合适的腌制参数。[结论]超声-脉动滚揉腌制工艺提高了酱牛肉的嫩度,同时改善了酱牛肉的质构和色泽,提高了酱牛肉品质;超声-脉动技术联用是促进超声技术应用与肉制品腌制的有效策略。

基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。

响应面法优化黑水虻处理餐厨垃圾工艺参数研究

为了利用黑水虻高效处理餐厨垃圾,提高资源化率,以黑水虻幼虫产量为响应值,利用响应面法,在Plackett-Burman(PB)试验基础上,通过Box-Behnken(BB)试验对环境温度、处理料含水率、日投料量、投放空间、初始虫龄、处理料透气性6个参数进行优化。PB试验结果表明,对黑水虻幼虫产量影响显著的因素依次为处理料含水量、环境温度、日投料量、投放空间和起始虫龄;BB试验结果表明,最佳幼虫产量条件为环境温度28℃,处理料含水量75%,日投料量26 g·千头^(-1)幼虫,投放空间1443 cm^(3)·千头^(-1)幼虫,初始虫龄6日龄;在此条件下可获得最大幼虫产量,达243.78 g,与模型预测值(243.82 g)相对误差较小,表明响应面法可以准确优化工艺参数。以上研究结果为黑水虻处理餐厨垃圾的生产实践提供理论依据。

基于ADMM算法优化的矩形网格隐式有限差分波动方程正演模拟

有限差分(FD)法广泛用于地震勘探领域的波动方程数值模拟.由于存在“饱和效应”,利用Taylor级数展开法(TE)计算高阶FD系数会在高频和粗网格条件下产生明显的数值频散.一般的常系数优化法能在较大波数区间取得更高的数值精度,但缺乏对中、低波数区间的误差约束;此外,它们大多沿单空间方向压制数值频散,因而无法缓解矩形网格模板的数值各向异性.本文基于隐式FD模板发展了一种多空间方向优化的波动方程正演模拟方法,以同时解决数值频散和数值各向异性问题.针对实用性更强的矩形网格单元,本文基于L_(1)范数建立目标函数并增加波传播角约束以减小数值各向异性,然后运用交替方向乘子法(ADMM)求解优化问题从而实现提高模拟精度的目的.理论误差曲线分析表明,相比传统TE方法和其他单向L_(1)范数、L_(2)范数、L_(∞)范数优化方法,本文基于L_(1)范数的多向优化方法在中、低波数区间具有最小的绝对误差,同时能更好的均衡各个方位角之间的误差分布.均匀介质、Marmousi-2地质模型的正演模拟算例均证明本文所提出的方法比其他三种优化方法在减小长时程测试下的误差积累方面更有优势.

考虑支撑剂嵌入的煤层气井压裂优化方法

煤层气井由于物性较差,通常需要压裂改造。压裂改造后生产过程中由于支撑剂嵌入的影响,导致裂缝导流能力下降,产量迅速降低,因此压裂设计需要考虑支撑剂嵌入的影响。考虑支撑剂嵌入建立煤岩裂缝导流能力模型,模拟结果与室内裂缝导流能力实验具有较好的一致性。采用支撑剂指数法,形成基于支撑剂嵌入的煤层气井压裂优化设计方法,对沁水盆地南部区块煤层气井开展优化设计。结果表明:支撑剂嵌入降低了裂缝宽度和裂缝导流能力,煤层气井压裂优化时考虑支撑剂嵌入与未考虑对比,压裂裂缝最优缝长减小,最优缝宽增大,平均产量相对较高,且产量递减速率较慢,验证了该方法的有效性和实用性,对煤层气井压裂优化设计具有重要指导意义。

响应面法优化香菇柄花粉酵素制备工艺

以香菇柄、花粉、白砂糖等为原料,经酵母发酵制备酵素。以总酚、总糖、抗氧化活性及感官评分为指标,在单因素试验基础上通过响应面法优化发酵工艺。结果显示:最佳发酵工艺为以原料总质量为基准,香菇柄添加量3.30%、花粉添加量1.80%、白砂糖添加量2.60%、发酵温度37.5℃、发酵时间3d。在此条件下,感官评分最高为89.5±3.5,酵素液pH达4.54±0.02,总酚含量为(1.142±0.025)g/L,总糖含量为(5.781±0.034)g/L,DPPH自由基清除率为71.8%±0.3%。酵素液明亮,澄清,色泽金黄,花粉香味明显,略带香菇菌香味。

基于回溯法的顺序法压载水交换工况组合的优化

顺序法作为首选的压载水交换方法,有交换彻底、交换时间短等优点,但也对浮态、稳性、总纵强度要求较高。本文基于小量载荷对浮态影响的基本原理使用横摇角和纵倾约束对压载水交换舱室配对进行筛选;并采用回溯法获得了满足稳性要求的压载水交换工况组合,使用最大弯矩处的弯矩利用因子、弯矩最大利用因子、剪力最大利用因子、稳性高、纵倾值等参数筛选出较优的方案;以某多用途船为对象,基于NAPA二次开发编程,实现了顺序法压载水交换工况的优化和工况的程序化自动定义,获得了较好的优化效果。

基于响应面法的轮胎动平衡机主轴多目标优化

为提高轮胎动平衡机的检测精度,以某轮胎动平衡机主轴系为对象,采用响应面法和多目标遗传算法进行优化。首先,对主轴系模型进行静力学分析和模态分析,以主轴的各尺寸参数为变量参数,以优化主轴系的变形量、质量和固有频率为目标。其次,通过参数相关性分析确定与优化目标相关性最大的设计变量。最后,建立响应面模型并进行多目标参数优化。优化结果表明,最大变形量降低了3.9%,一阶固有频率提高了16.2%,主轴质量降低了23.0%,主轴系质量降低了5.5%,优化效果显著,提高了主轴系的静态和动态性能,通过试验验证,主轴优化提高了轮胎动平衡机的检测精度。

响应面法优化球扁药脱硝工艺研究

为探索工艺参数对球扁药脱硝反应的影响规律,利用响应面法的Box-Behnken设计优化球扁药脱硝工艺。在单因素实验基础上,分析了脱硝剂质量分数、反应温度和反应时间对梯度硝基球扁药爆热的影响;利用显微拉曼技术研究了梯度硝基球扁药的微观结构组成;并采用密闭爆发器实验对脱硝前、后球扁药的定容燃烧性能进行研究。单因素实验和响应面法优化结果均表明,影响梯度硝基球扁药性能的工艺参数主次顺序为:反应温度、反应时间、脱硝剂质量分数。通过响应面法建立的脱硝工艺参数与梯度硝基球扁药爆热之间的模型相关系数为0.9785,且实验验证所得爆热与响应面模型预测的爆热基本吻合,表明优化得到的响应面模型具有可靠性和有效性。拉曼表征结果表明,梯度硝基球扁药表层硝酸酯基的分布由表及里呈梯度递增趋势。通过调节工艺参数,使得梯度硝基球扁药的爆热和燃烧渐增性大范围可控,为梯度硝基球扁药性能的精准调控提供了技术和理论支持。

交通流优化膨胀控制遗传规划算法

针对遗传规划(GP)算法在大规模动态交通流分配中训练超启发式策略时,算法迭代次数的增加而个体平均大小不断膨胀的问题,提出应用不同GP控制膨胀方法来限制种群中大尺寸个体的遗传,让算法能够在训练过程中找到更小且性能更优的超启发式策略。考虑到超启发式策略在如网格式、环形放射式、自由式的不同结构路网上可能存在性能差异,会影响算法在训练过程中对个体的选择,采用不同结构的路网训练出超启发式策略以进行分析比较。训练后的超启发式策略在不同规模和车流量的大城市路网上进行模拟测试。结论是基于双锦标赛的膨胀控制方法对不同结构路网的效果最优,得到的GP算法对比现有调度方法能获得路网整体更短的平均旅行时间,更精简有效的超启发式策略,提高决策效率。

响应面法优化蓝莓酒渣花青素酶法提取工艺

为了高质化利用蓝莓酒渣,以纤维素酶为对照,选择淀粉酶、果胶酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶为实验组,以无水乙醇为提取溶剂提取蓝莓酒渣中的花青素。采用单因素试验考察提取酶添加量、提取时间、提取温度以及初始pH值对花青素提取量的影响,并通过响应面试验优化蓝莓酒渣花青素酶法提取工艺。结果表明,酶法提取花青素的最佳工艺条件为淀粉酶添加量0.7%,蓝莓酒渣与无水乙醇料液比为1∶100(g∶m L),提取温度60℃,提取时间为40 min,初始pH值为5。在此优化条件下,花青素提取量为0.68 mg/g,比未优化前提高了20.8%。

基于RSM模型对王水-氯酸钾消解-ICP-OES法测定锑矿石中锑的条件优化

锑是一种全球重要的战略矿产资源,快速准确测定锑矿中锑含量对锑矿的勘查和开采具有重要指导意义。采用响应曲面法(RSM)对电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定锑的实验条件进行优化。以氯酸钾加入量、溶解温度、提取液浓度为单因素,确定单因素变量分别为0.4~1.6 g、70~130℃、5%~35%;根据RSM中的Box-Behnken(BBD)设计,选择锑矿石测定值为响应值,建立三因素三水平面实验,得到二次多项式回归模型。对该模型进行方差分析并判断其显著性,其中模型F=421.94、P<0.0001、模型的R^(2)=0.9982、R_(adj)^(2)=0.9958、CV(变异值)=1.49%、S/N(信噪比)=59.54,可以解释超过98%的响应值变化。通过研究结果显示,在氯酸钾加入量0.9 g、溶解温度100℃、提取液盐酸浓度为15%的条件下,可以获得最佳的测定效果。4个锑矿石标准物质测定结果相对误差是0.34%~0.89%,相对标准偏差(RSD)是0.54%~1.1%,满足岩石矿物分析准确度和精密度控制要求,表明基于RSM模型优化锑矿石中锑量测定的方法准确可靠。RSM在复杂样品分析中的应用的展示,为分析化学方法优化提供了有效的实验工具。

基于多智能体与改进目标级联法的输配协同优化调度

输配协同优化调度问题呈现多时间尺度耦合、非凸非线性特征,其本质上是非确定性多项式难问题。随着系统可调节资源的增加,控制变量呈指数增长,“维数灾”现象愈加明显,仅基于物理模型的求解策略难以兼顾计算精度与求解效率。为此,提出一种基于改进多智能体双延迟深度确定性策略梯度(IMATD3)和Peaceman-Rachford(PR)目标级联(ATC)法的输配协同多时间尺度优化调度方法。根据PR分裂方法改进ATC法中主-子系统的信息迭代策略,提出基于PR-ATC的输配协同日前调度方法;通过多智能体与输配网络的离线交互提取连续调度策略的时序特征,并基于物理模型并行计算各系统调度问题,形成基于深度强化学习的离线训练和基于物理模型的在线应用联合调度决策方法。以T6-D7-D7和IEEE 118-D9-D33-D69输配网络为例,验证了所提方法的有效性。

基于禁忌搜索的含异形板件的板式家具码垛优化算法

为了减少含异形板件的板式家具打包的包裹个数,提出基于禁忌搜索的该类板式家具码垛优化算法;分析该类板式家具码垛问题的约束条件,并建立目标函数;采用可以有效确定订单中所有该类板式家具码垛顺序与旋转方向的编码方式,并利用启发式算法生成实时监测包裹质量的较优初始解,以便利用禁忌搜索求解该类板式家具码垛问题;结合临界多边形和最低水平线法,设计将编码转换为对应码垛方案的解码方式,并给出所提出算法的适配值函数及邻域结构;利用禁忌搜索计算该类板式家具订单,确定并优化每个板件的码垛顺序、旋转方向与码垛位置,得到包裹个数较少的码垛方案;选取欧洲排样问题兴趣小组(ESICUP)提供的算例测试所提出的算法,并与已有研究中可复现的板件智能分包方法对比。结果表明,相对于对比方法,所提出算法所得该类板式家具打包的包裹个数减少38.46%,验证了所提出算法的可行性与有效性。

基于空间句法的城市公园景观优化

基于空间句法理论,借助Depthmap10软件绘制西苑公园的轴线模型,采用整合度、选择度、协同度和可理解度4个参数对西苑公园进行量化分析,并对其景观提出优化策略。结果表明,公园中部群鹿广场所在的景观大道的全局整合度和选择度数值均最高,南部和北部的整合度数值偏低;公园除主要道路的选择度数值较高,其余道路的选择度数值均偏低;公园的协同度数值较低,部分空间与整体之间的联系不够紧密,局部空间呈孤立状态;可理解度数值较低,游客不易确认自己所在的方位。基于量化分析结果和现场调研情况对公园内部景观节点存在的问题进行梳理,对公园入口景观区、休闲广场区和生态休闲区等区域提出优化策略。本文可为相关城市公园的优化设计提供参考。

带大量凸约束的随机优化问题的随机增广拉格朗日算法

随机梯度法广泛应用于机器学习并取得显著成功,但许多随机方法主要针对无约束或简单约束的优化问题。对于带有正则项和大量凸约束的非凸随机优化问题,经典增广拉格朗日法是一种解法,但精确梯度信息的要求使其难以有效应对大量约束问题。为此,提出一种随机增广拉格朗日算法,该算法用随机一阶信息代替增广拉格朗日法的精确梯度,每步迭代仅使用一组抽样梯度和部分的约束梯度。对该算法,证明其可以在■(∈^(-8))次方后找到-KKT近似点。在多分类Neyman-Pearson问题上进行数值实验,实验结果验证了算法的有效性。

基于响应面法的梯度硝基单孔发射药制备工艺的优化

为了优化发射药脱硝工艺,基于Box-Behnken设计的响应面法(RSM)对单孔发射药的脱硝工艺进行了优化。考察了水合肼浓度、反应温度和反应时间3个主要影响因素对单孔发射药脱硝过程中脱硝率的影响,并建立了以脱硝率为响应值的二次回归模型。结果表明:各因素对脱硝率的影响程度为水合肼浓度>反应时间>反应温度,且各因素之间交互作用不显著。所建立的二次回归模型相关系数为0.9774,在影响因素水平范围内进行多组实验,脱硝率的实验值与模型预测值之间吻合度较高,平均相对偏差为1.61%,表明所提出的二次回归模型可靠性较高,可用于对发射药脱硝过程中脱硝率的预测和工艺条件的优化。通过对脱硝前后单孔发射药的结构和燃烧性能的表征,进一步证实了梯度硝基单孔发射药表层及孔边缘硝酸酯基浓度呈梯度增加,具有优异的燃烧渐增性。

优化解题路径 探索最佳策略——从模考题到高考真题解法探讨

随着高中数学新课标的实施,提升和落实学科素养尤为重要.数学核心素养既反映了数学本质和数学思想,又体现了教学过程的思维策略与方法.要提升学生的数学学科素养,教师既要开展数学通性通法的教学,又要发展和培养数学问题的巧思妙解,培养学生的发散思维、创造性思维.笔者在教学实践中深度教学研习,探究“泰勒公式——切线法”的解题策略,优化解题路径.