Optimal design and dynamic impact tests of removable bollards

Anti-ram bollard systems, which are installed around buildings and infrastructure, can prevent unauthorized vehicles from entering, maintain distance from vehicle-borne improvised explosive devices （VBIED） and reduce the corresponding damage. Compared with a fixed bollard system, a removable bollard system provides more flexibility as it can be removed when needed. This paper first proposes a new type of K4-rated removable anti-ram bollard system. To simulate the collision of a vehicle hitting the bollard system, a finite element model was then built and verified through comparison of numerical simulation results and existing experimental results. Based on the orthogonal design method, the factors influencing the safety and economy of this proposed system were examined and sorted according to their importance. An optimal design scheme was then produced. Finally, to validate the effectiveness of the proposed design scheme, four dynamic impact tests, including two front impact tests and two side impact tests, have been conducted according to BSI Specifications. The residual rotation angles of the specimen are smaller than 30~ and satisfy the requirements of the BSI Specification.

武器装备轻量化结构正向设计方法及应用

为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹箱架优化设计为例,首先,根据拓扑优化获得的最佳传力路径,建立几何模型和有限元分析模型。其次,通过灵敏度分析缩减设计变量,建立以一阶模态频率和结构强度为约束、最小化质量和最大化刚度为目标的优化模型。然后,使用差分进化算法求解基于Kriging模型的多目标优化问题;在优化过程中,通过比较中间优化结果调整优化模型,并采用基于期望改进的填充样本策略重构代理模型。最后,兼顾结构轻量化和安全,筛选44组优化解中的3组优势方案与初始设计进行比较,结果显示:在满足弹箱架结构性能的前提下,重量分别可减轻31.2%、24.7%和21.8%;所提结构正向设计方法能够明显提升轻量化效果,也可为相关结构优化设计提供参考。

同轴脉冲形成线振动环境适应性优化设计

以带有悬臂结构的同轴脉冲形成线为研究对象,开展提高振动环境适应性的优化设计。首先,通过实际工况分析及仿真计算,确定形成线内筒的盲孔螺钉可采用的防松措施有:使用施必劳螺纹并涂抹防松胶;优化螺钉数量。其次,通过仿真分析和绝缘试验,优化尾端绝缘子材料,提高悬臂支撑的中内筒连接刚度。最后,开展振动试验考核,优化后的形成线等效件可以通过长时间的振动考核,相比优化前的振动环境适应性有很大提高,验证了优化设计的有效性。该研究结果对同类型脉冲功率源的振动环境适应性设计具有参考意义。

港口重载AGV驱动防滑设计

针对港口重载自动导引运输车(AGV)工作中遇到的过度滑转危险,文中提出一种基于最佳滑转率控制的驱动防滑设计。该设计根据港口环境特点建立路面附着特性模型;选用T-S型模糊控制器进行港口路面模糊识别设计,对峰值纵向附着系数及最佳滑转率进行识别,并将识别结果用于最佳滑转率控制中,进而提升港口AGV驱动防滑性能。通过单一路面与对接路面识别试验,验证了港口路面模糊识别器具有准确识别能力。

防波板连杆机构启闭过程动态优化设计

随着潜航器功能的复杂化,其内部可用空间高度紧张,可携带的能源受到极大的限制。为减少潜航器防波板启闭机构能源消耗及空间尺寸,针对防波板启闭机构开展了受力状态分析,基于Fluent仿真分析了防波板开启过程中所受的水动力,得到防波板水动力-开度函数,由此搭建了防波板启闭机构ADAMS动力学模型,基于控制变量法分析了不同结构参数条件下,防波板启闭全过程所需驱动力矩的变化规律,得出了使得防波板启闭全过程驱动力矩较小的结构参数。结果表明:采用优化结构参数后,其最大驱动力矩减小为8.812 kN·m,较现有结构最大驱动力矩(17.934 kN·m)减少了50.86%,优化效果较为显著。工作综合考虑了防波板启闭全过程中的动态受力情况,并优化得出了防波板启闭全过程驱动力矩均较小的结构参数,该方法对同类结构的全过程动态设计有借鉴意义。

缆上柔性轨道负载走行架梁设备横向抗倾覆稳定性研究

针对设备在负载行走过程中存在的倾覆风险,建立了缆上柔性轨道负载走行架梁设备的基本力学模型,从设备一般受力状态、横向抗倾覆稳定性分析方法、稳定性影响因素、结构优化、姿态调控措施等方面开展了深入研究。首先,将容许最大不平衡吊点力作为设备横向稳定性的评估指标,分析了7种稳定性影响因素与2种失稳方式,推导出了简化的稳定性计算公式,并给出了数值计算方法,计算误差在2%左右;然后,通过参数敏感性分析提取出设备稳定性的关键影响因素,9个敏感参数中,行走小车结构尺寸对设备横向稳定性的影响最大,风荷载、吊点荷载及行走承重索张拉力次之,行走小车自重、行走承重索张拉力不均匀系数的影响最小,并以此为基础对设备结构形态与质量进行了优化设计,将设备的横向抗倾覆稳定性提高了9.4%;最后,制订了4种典型工况下的设备姿态控制标准,为保证设备运行安全,负载时应控制设备与猫道不发生碰撞,空载时控制横向偏转角度不超过5.39°,并结合参数敏感性分析结果,提出了2条设备横向姿态控制措施,可及时有效地修正设备姿态,使其始终保持在最佳的行走姿态。

基于CCD-RSM联用D-最优混料设计优化抗下肢静脉血栓颗粒制剂工艺的研究

目的 采用星点设计-效应面法(CCD-RSM)联用D-最优混料设计,优化抗下肢静脉血栓颗粒的制剂工艺。方法 以溶媒用量、煎煮时间为主要考察因素,以有效成分丹酚酸B和多糖含量及干膏收率的总评归一值(OD)为评价指标,采用CCD-RSM确定最佳提取工艺;以颗粒吸湿率为评价指标,结合溶化性、成型率、休止角等,利用D-最优混料设计优选最佳成型工艺。结果 最佳提取工艺:采用8倍量水提取2次,每次100 min。成型工艺为浸膏与辅料比例1:2,辅料间比例为可溶性淀粉:糊精:蔗糖=0.452:0.518:0.030。结论 优选的制剂工艺条件稳定、可行,可为抗下肢静脉血栓颗粒的生产提供依据。

UHPC箱梁桥面体系主要设计参数优化及试验研究

为获取UHPC箱梁桥面体系主要设计参数的合理取值范围,以某单跨跨径102 m的UHPC简支箱梁桥为背景,通过单参数影响效应分析和ANSYS优化设计模块分析对桥面板厚度h_(1)、上弦板高度h_(2)、上弦板厚度b及上弦板间距L的合理取值进行优化设计,并对优化后的UHPC箱梁桥面体系开展1∶2缩尺模型试验和有限元模拟,最后对UHPC箱梁桥面体系抗裂性能参数(上弦板受拉钢筋直径和上弦板高度)进行分析。结果表明:h_(1)、h_(2)、b和L合理取值范围分别为UHPC单箱室顶板(不含翼缘)横向跨度的1/40~1/35、1/10~1/8、1/37~1/31和1/2.8~1/1.4,对于背景工程h_(1)、h_(2)、b应分别不小于14、55、15 cm,L应不大于4 m;ANSYS优化结果与力学特性指标优化结果参数取值较为接近,优化后背景工程全桥UHPC体积减少约11.0%;试验梁上弦板发生面内受弯破坏,为UHPC箱梁桥面体系最不利受力部件;试验梁开裂应力值是正常使用极限状态设计值的2.14倍,具有较高安全储备,优化方案能满足工程应用要求;增大上弦板受拉钢筋直径及上弦板高度整体上可有效提高UHPC箱梁桥面体系的抗裂性能。

U型槽结构下振冲碎石桩联合抗拔桩数值分析及优化设计

[目的]研究沿海下穿道路工程U型槽结构下振冲碎石桩联合抗拔桩的加固效果及其优化设计.[方法]采用有限元软件ABAQUS进行建模,分析了振冲碎石桩的打入对砂土地基抗液化能力的改良效果,讨论了U型槽、抗拔桩、碎石桩各设计参数对U型槽抗浮效果的影响.针对以上结果基于NSGA2遗传算法,开展抗液化能力、抗浮效果、工程造价三目标的优化设计.[结果]振冲碎石桩可以大大增强砂土地基的抗液化能力,未使用振冲碎石桩的砂土均发生液化,而采用振冲碎石桩处理后的砂土地基液化率仅为4.7%;U型槽底板厚度、抗拔桩的桩径、桩长和振冲碎石桩的桩径、桩长均对U型槽底板上浮位移有较大影响;采用NSGA2遗传算法得出的最优方案在满足安全储备的情况下,造价比原始方案节省了10.0%,且砂土地基液化率降低了45.7%.[结论]基于NSGA2遗传算法提出的以砂土液化率、底板上浮位移和工程造价为目标的优化设计方案可为今后同类工程提供设计指导.

基于多目标优化的独柱墩直线梁桥抗倾覆加固

针对倾覆风险较高的独柱墩直线连续梁桥,采用增设钢盖梁的方法对独柱墩进行加固,使独柱墩处的支承由原来的单支撑转变为三支撑,从而提高独柱墩直线梁桥的抗倾覆能力。为在提高其横向倾覆稳定系数的同时,尽可能地减小独柱墩受到的偏心弯矩作用,构建了以独柱墩原支座尺寸和钢盖梁新增支座间距为设计变量、以横向倾覆稳定系数和偏心弯矩安全系数为目标函数的多目标优化模型,然后基于Python联合NSGA-Ⅱ遗传算法与Abaqus建立的参数化有限元模型,求解该多目标优化模型的Pareto最优解集,利用博弈论综合赋权法计算目标函数的权重,再采用TOPSIS法计算Pareto最优解集中解的亲密度系数,从而选出最佳的加固设计方案。研究结果表明:采用增设钢盖梁的加固方法能够有效提高独柱墩直线梁桥的抗倾覆能力,采用初始方案加固后独柱墩直线梁桥的倾覆稳定系数提高了167%,满足规范要求;Python能将优化算法与Abaqus建立的桥梁有限元模型有效结合,得到分布均匀的Pareto最优解集;与未加固状态相比,优化后加固方案的倾覆稳定系数提高了201%;与初始加固方案相比,最佳优化加固方案的倾覆稳定系数提高37.25%,偏心弯矩安全系数提高4.04%。

分流漩涡型灌水器结构设计及其优化

分流漩涡型灌水器是一种先分流再产生漩涡从而达到消能目的的灌水器。为研究灌水器流道结构参数对水力特性和抗堵塞性能的影响,选取分水体与流道边壁的距离、分水体与阻水体头部的距离、阻水体齿倾斜角度和阻水体齿到流道边壁的距离4个特征参数研究其水力性能,选取粒径为0.125 mm、密度为2500 kg/m3的泥沙颗粒研究其抗堵塞性能。结果表明,灌水器流态指数为0.4812~0.5068,分水体与流道边壁的距离对流态指数影响最大;灌水器流量系数为2.2093~3.2906,分水体与流道边壁的距离和阻水体齿端到流道边壁的距离均对流量系数有影响。研究发现主漩涡区是易堵塞区域,在多数情况下流态指数与颗粒滞留时间呈负相关规律。最后对该结构进行了优化设计,以提高其水力性能和抗堵塞性能,可为分流漩涡型灌水器水力性能评估和结构优化提供技术支撑。

动车组横向止挡防脱结构设计优化与可靠性验证

通过对既有高速动车组二系横向止挡进行防脱结构设计、优化选型和可靠性验证,实现了其结构防脱功能,并显著提升其安全可靠性能。首先通过设计出不同的防脱结构型式,在结构设计、制造工艺、质量控制、实际运用和强度仿真等方面进行多维度的安全性对比分析,选出了最优防脱结构设计方案。然后试制出完全无粘接状态的最优防脱结构的样机,通过设计的剪切和疲劳防脱试验对新结构的防脱功能进行了充分的可靠性验证和效果评估。最后试制出合格的粘接状态的样机,并完成了防脱新结构的系列型式试验验证。结果表明,底座采用阶梯孔橡胶柱和摩擦板采用环形凹槽橡胶环的防脱结构在满足现有接口尺寸和性能要求的条件下,能够与原型产品进行对等替换,实现了结构防脱功能且大幅提升了安全可靠性。

川南某换流站复杂堆积体边坡开挖变形机制及抗震加固效果评价

西南山区广泛分布的复杂堆积体边坡开挖变形机制对换流站建设具有重大制约作用。为解决白鹤滩—江苏某特高压输电工程换流站建设的紧迫需求,以拟建站址区堆积体边坡为研究对象,采用深部位移监测、原位试验和FLAC3D数值模拟相结合的手段,对该堆积体边坡开挖变形机制及不同设计方案、不同桩参数条件下的抗震加固效果进行评价,并分析其抗震加固机理。结果表明:①换流站“多成因类型土体”的复杂堆积体边坡开挖极易产生变形,失稳模式为“牵引式蠕滑-拉裂”;②开挖过程中形成的高陡临空面是导致此类堆积体边坡变形的主控因素,堆积体边坡土体的高水敏性是短历时强降雨后坡体变形加剧的内在诱因;③经过圆形抗滑桩和矩形抗滑桩两种边坡加固方案治理后,坡体变形量均显著降低,坡体内最大变形位置位于坡体中后部,堆积体边坡在天然、地震工况下的稳定系数均符合设计要求,采用矩形抗滑桩对此类型堆积体边坡的治理具有更高的抗滑支挡效益和经济效益;④地震工况下,抗滑桩桩顶变形最大,剪力和弯矩随着地震波的增加呈先增加后减小,最终达到最大值的变化趋势,最大弯矩值位于抗滑桩桩身约1/2处,边坡的支挡设计应结合桩身剪力、弯矩等分布规律进行。研究成果可为类似工程的设计和施工提供参考。

基于微分演化算法的抗滑桩优化模型

抗滑桩是滑坡灾害治理的有效手段,但目前工程领域的抗滑桩设计仍采用以试算为基础的方案型设计理念,设计效率与精度仍有提升空间。本文将群集智能算法引入到抗滑桩设计中,对抗滑桩设计中的设计变量、约束函数、目标函数进行合理选取,建立了抗滑桩优化设计的数学模型,并在此基础上通过微分演化算法来实现设计方案的全局寻优,最终建立了基于微分演化算法的抗滑桩优化模型。最后以延安市某滑坡治理工程为例,通过编制的优化计算软件,以交互式界面操作的形式,实现了最优化方案设计。通过工程实例比较验证了本文所提出方法的计算精度,说明本文所提出的方法在工程应用上的有效性及其巨大潜力。本文所提出的方法在抗滑桩设计领域具有很好的理论研究及工程应用价值,也能为其他地质灾害防治治理方法实践应用和理论创新方面提供合理参考。

基础工程技术的新进展

基础工程技术主要进行地基基础选型和设计参数确定、地基处理和基础施工、基础结构内力分析和可靠性设计以及施工中的环境保护等。近年来,又提出了基础工程耐久性设计、基础功能可改造性以及地下材料有效利用等要求。该文重点介绍近年来国内外原位测试技术在基础工程中的应用、基础设计的可靠性分析、强腐蚀环境的基础工程技术、深大基础及桩基础工作性状、特殊岩土的工程设计及处理方法等方面的进展。简要介绍我国基础工程优化设计、基础设计可靠性分析、钢筋"腐蚀余量"设计理念、地基变形计算方法等方面的研究;提出减少资源使用、提高耐久性的基础设计理念,以此满足未来人类对工作生存环境的高要求。

Salisbury屏电磁匹配特性及其在抗电磁辐射中的应用研究

利用抗电磁辐射平板材料和Salisbury屏组合使用，推导出了相应的反射系数公式并进行了优化设计．设计结果具有较好的dB衰减值，既满足了工程设计对厚度需求，又保证在2～18GHz有较大的带宽．

粒子群算法在抗滑桩优化设计中的应用

由于目前抗滑桩设计比较保守,存在一定的浪费,故采用粒子群优化算法。以成本为目标函数,建立了抗滑桩的优化设计模型,编制了相应的程序,并进行了工程实例应用。结果表明,优化后的结果与原来使用传统设计方法结果比较,有效地降低了成本,具有较大的经济意义,并且该方法简单快捷、容易实现。

织构化表面优化设计及应用的研究进展

作为改善摩擦表面界面性能的有效途径,表面织构现已成为摩擦学领域和表面工程领域的研究热点之一,但是表面织构的机理研究以及织构优化设计体系尚未完善。首先从表面织构的承载机理和抗磨机理研究出发,揭示了织构表面润滑改善原因。其次从表面织构的形状优化、分布优化和目标优化算法三个方面总结了表面织构的优化设计体系,综述了表面织构优化设计的研究进展。最后介绍了表面织构在工业应用的研究现状。表面织构的性能受结构参数及分布参数影响较大,而多参数协同优化设计为解决该问题的有效方法。随着不断深入地对承载机理和抗磨机理、优化体系中关键技术以及不同领域应用的研究,以"机理-优化-应用"为思路的表面织构理论与设计体系有望形成。

电子设备结构优化设计支撑软件技术

介绍了电子设备结构中针对散热、冲击振动和电磁兼容等方面的优化设计内容和现状,及其三者兼顾的综合优化设计方法结构优化设计支撑软件技术要求和具体内容,并以一具体项目作为案例进行说明。

永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法

针对永磁同步电机数字控制系统中,电机转速动态过程中出现的由于通常采用PI控制器串联校正来设计速度环而导致的超调和振荡问题,提出了一种速度控制器优化设计方法。在分析了永磁交流伺服系统速度环数学模型的基础上,调整了速度控制器中比例增益的作用位置,构成IP控制器局部反馈校正来设计速度环。根据稳定性和跟随性要求,选取转速偏差指标函数,优化控制器参数设计,同时在控制器设计中增加了anti-windup策略。所设计的控制器,可以获得电机转速的无超调、无振荡快速响应,并具有较强的抗扰动能力。仿真和实验结果验证了设计方法的有效性和可行性。