离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。     

基于Kriging模型的快速拆装叶轮轮盘多目标优化设计

为了降低叶轮安装端面变形量以及减轻叶轮质量,对快速拆装形式的叶轮轮盘结构进行多目标优化设计,使用拉丁超立方试验设计和有限元分析生成初始样本数据并构造出Kriging近似模型,运用遗传算法对近似模型进行寻优。对优化后的参数值进行工程取整并进行有限元分析得出叶轮轮盘结构设计模型,最终优化结果显示叶轮质量减小了15%,叶轮摩擦端面轴向变形量降低了29%。优化后的叶轮模型可提高拉杆螺栓连接转子结构的可靠性。     

基于响应面法的动力电池包箱体轻量化优化设计

为了满足电动汽车电池包箱体高强度、轻量化的设计要求,提出了一种基于数值优化与有限元仿真相结合的动力电池包箱体轻量化设计方法。以电池包箱体各部件的厚度为设计变量,箱体质量最小化为优化目标,三种典型路面工况下箱体的最大等效应力、最大变形量和箱体结构的第2阶约束模态频率为约束条件,建立了箱体轻量化优化数学模型。利用Box-Behnken试验设计获得了5个设计变量3个水平的数值模拟试验组合,采用多元回归分析和帕累托方差分析拟合得到了多项式响应面近似模型,并引入到轻量化优化数学模型中进行了迭代优化,结果表明:优化方案的电池包箱体质量比原方案减少了7.4%,典型路面工况下最大等效应力降低了18.6%、最大变形量减小了22.5%,箱体结构的第2阶约束模态频率提高了14.8%。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

基于RecurDyn和ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计

液压挖掘机动臂存在设计冗余的问题,为了对动臂的截面参数进行优化,首先对动臂的铰点受力进行了分析,建立了多体动力学模型,通过刚柔耦合动力学仿真,确定了动臂的各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单因素静力学仿真试验,建立了臂截面参数与最大等效应力之间的单因素数值拟合模型,通过多因素正交仿真试验,建立了多因素复合数值拟合模型,并将试验值与数值模型计算值进行比较,验证了模型的准确性。最后,以最大等效应力的最小值和抗弯截面系数的最小值为优化目标,利用遗传算法进行参数优化,获取最优设计变量。优化结果表明,优化后的截面参数较常规设计更能综合发挥材料的能力,优化方法为减少冗余设计提供了参考。     

大型螺纹磨床拖板动静态特性分析及结构优化

采用SolidWorks建立某大型螺纹磨床拖板的三维模型,并借助ANSYS对其结构进行了模态分析,给出了拖板前三阶固有频率和相应振型,识别了该拖板结构的薄弱环节。在此基础上,以拖板结构固有频率及最大相对位移量为优化目标,同时考虑设计重量,提出该拖板结构四种改进方案,通过对各种方案分析比较确定结构综合优化方案并对其进行相应的静刚度校核确定最终优化方案。优化后的拖板与原型相比,重量基本保持不变的情况下,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高13.71%,对应的一阶振型的最大相对位移量减小18.54%;位移变形最大值减小65.3%,最大等效应力值减小了11.4%,从而实现了拖板的动静态特性分析与优化。对大型机床拖板的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

基于自适应近似模型的液压挖掘机轻量化设计

为解决挖掘机工作装置传统设计保守，导致大量能源资源消耗以及严重的环境排放问题，提出一种基于自适应近似模型的结构轻量化设计方法。计算结构设计参数对质量、变形和应力的综合贡献度，筛选作用显著的参数作为设计变量。构建近似模型资源池，根据最大的决定系数自适应构建近似模型的响应面。在此基础上建立以最小质量为目标，应力与变形为约束的优化模型，结合遗传算法开展结构轻量化设计。结果表明所提方法实现某型号液压挖掘机动臂减重9.38%,并通过仿真验证应力和变形满足动臂的设计要求。     

应用神经网络和粒子群算法的振动式分选机参数优化研究

针对废旧铅酸蓄电池回收预处理工艺中极群分离问题设计了振动式分选机,并应用椭圆基神经网络近似模型和粒子群算法研究了振动式分选机参数优化问题。首先,以降低质量、降低应力和提高第3阶固有频率为目标,利用灵敏度分析获得影响程度最高的结构参数;其次,采用具有最高拟合度的椭圆基神经网络构建试验设计样本的最佳近似模型,并采用优化效果更佳的粒子群算法进行数值优化;最后,对优化前后的结构进行可靠性分析。结果表明:优化后结构质量降低了9.7%,最大等效应力降低了36.7%,第3阶固有频率提高了12.9%,结构可靠度提高了5.9%。     

MM52160龙门导轨磨床立柱的拓扑优化

对MM52160龙门导轨磨床的立柱部分进行结构拓扑优化.建立立柱三维模型,对其进行静力学分析和模态分析.在原有模型不改变质量的情况下进行简化模型,结果表明：简化模型比原模型的最大静态位移减小了2.42 μm,第一阶固有频率提高了2.85％.对篱化模型进行拓扑优化,查看材料分布.对优化后的结构进行动静态刚度分析,分析结果表明：优化后的结构对比原模型后最大静态位移减小了0.81 μm,第一阶固有频率提高了3.72％,质量减少了15％.通过结构拓扑优化,优化后的结构动静态刚度提高了,质量减少了.     

基于多权值优化代理模型的撒砂装置稳健可靠性设计

为合理衡量不确定性因素对撒砂装置最大应力的影响,提升其稳健可靠性水平,文中提出了基于多权值优化代理模型的稳健可靠性设计方法。首先,构建撒砂装置有限元模型并计算其最大应力响应;其次,提取不确定性因素并编制参数化分析文件,进而依据试验设计结果,初步构建不确定性因素与最大应力的代理模型,采用遗传算法对代理模型中传递及加权系数进行优化,提升代理模型对最大应力响应预测结果的合理性;最后,基于稳健可靠性设计思想,建立撒砂装置稳健可靠性优化设计模型,并通过对比分析验证所提方法的有效性。结果表明：多权值优化代理模型最大应力决定系数提升至0.991 8;经稳健可靠性设计得到的撒砂装置最大应力波动标准差减小至1.46 MPa,可为其他工程结构稳健可靠性的设计提供一定参考。     

基于双加点动态Kriging模型的提升塔架优化设计

为在满足强度要求的情况下尽量减小提升塔架质量,同时解决传统Kriging模型全局精度和局部精度不易同时保证的问题,提出了一种双加点动态Kriging模型,并利用该模型和人工蜂群算法对提升塔架进行了优化设计。将全局敏感性分析得到的敏感参数作为设计变量,利用拉丁超立方试验设计得到的样本数据建立初始Kriging模型,以最大应力为约束条件,通过人工蜂群算法对提升塔架进行了减重优化。优化过程中, 采用双加点准则不断更新Kriging模型,以提高模型的全局精度和最优解处局部精度,直到获得最优解。研究结果表明：在最大应力不变的条件下,优化后的提升塔架质量减小了39.37%。基于双加点动态Kriging模型的优化设计与仿真模型的优化设计相比,其优化效率大幅度提高。双加点动态Kriging模型相较于静态Kriging模型和基于传统加点准则的动态Kriging模型,具有更高的全局精度、局部精度和最优解处局部精度。     

基于双点加点策略的改进Kriging响应面可靠度计算方法

针对经典响应面法中多项式模型在拟合高度非线性结构功能函数时能力不足的问题,采用Kriging模型代替真实结构功能函数,提出了一种基于双点加点策略的改进Kriging响应面可靠度计算方法。根据双点加点策略,通过内插公式和评价函数选出最佳样本点,与一次二阶矩法产生的验算点一起加入到每次迭代的样本库中以更新Kriging模型,利用遗传算法对Kriging模型的重要参数进行优化,并用优化后的模型拟合结构功能函数,再结合重要抽样法修正可靠度计算结果。算例分析结果表明,所提方法可以兼顾计算精度和计算效率,验证了所提方法的适用性和高效性。     

基于Kriging模型的微夹持器优化设计

为了综合平衡一种新型微夹持器的张合量、夹持力灵敏度与快速响应,提出一种Kriging模型的优化方法。采用拉丁超立方抽样方法确定试验点,采用ANSYS计算各试验点对应的响应值。进行相关性分析以确定对性能影响较大的结构参数,并将其作为优化设计变量。采用Kriging理论建立能反映性能指标与设计变量之间关系的非线性模型,并建立多目标优化模型。比较分析优化前与优化后的各性能指标可知,放大倍数增大了7.4%,固有频率增大了16.46%,输出刚度增大了9.84%,最大应力减小了5.75%,说明所提出的性能优化方法有效。     

某迫击炮身管结构优化分析

考虑采用新型工艺后材料最大弹性极限,研究了某迫击炮身管壁厚减薄的结构优化方法。首先,采用有限元方法进行静态分析,通过三维软件 UG建立了身管实体模型。对身管结构进行合理简化后,导入到 ANSYS中进行膛压分析计算,得到了身管不同位置管壁所受应力随壁厚减薄的变化曲线。综合分析各种壁厚减薄方案,得到了身管承载性能最优的方案,并采用流固耦合动态响应加以验证。结果表明,静态分析结果较动态分析结果更接近真实受力状况。最终,迫击炮身管结构重量经仿真优化后可减轻13%,因而,该身管轻量化方法有效而可靠。     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

离心泵径向力的数值分析

利用CFD软件,用数值模拟分析了离心泵的内部流动。对比试验与数值计算外特性曲线,趋势一致,说明本文应用数值计算结果建立的离心泵径向力计算模型具有一定的准确性。通过叶轮出口不同截面的静压分布图,探讨叶轮出口各截面的静压分布规律。利用离心泵径向力的数学计算模型,得出各个工况下叶轮所受的径向力。其值与经验公式计算值进行比较,变化趋势一致,进而用现代数值模拟的方法验证了用经验公式计算径向力的准确性。     

防爆风机主轴单元静、动态特性分析

采用有限元分析方法,根据防爆风机工作情况及主轴单元结构建立了主轴单元的三维计算模型,运用ANSYS软件,对主轴单元结构和静、动态特性进行了计算,具体包括主轴在载荷作用下所受的应力、产生的变形、各阶固有频率和振型、临界转速等,为优化主轴结构和改善主轴的动静态特性提供理论依据.根据振动测试原理,建立了主轴单元的动态测试系统,对主轴单元进行试验模态分析.通过采集系统输入与输出信号,经参数识别而获得试验模态参数.将理论计算与试验结果相比较,结果表明,所建立的模型是有效的.文中对数据进行了分析,提出了改进主轴结构的建议.     

Application of different surrogate models on the optimization of centrifugal pump

An optimization process for impellers was carried out based on numerical simulation, Latin hypercube sampling (LHS), surrogate model and Genetic algorithm (GA) to improve the efficiency of residual heat removal pump. The commercial software ANSYS CFX 14.5 was utilized to solve the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations by using the Shear stress transport turbulence model. The impeller blade parameters, which contain the blade inlet incidence angle Δβ, blade wrap angle φ, and blade outlet angle β ₂, were designed by random sample points according to the LHS method. The efficiency predicted under the design flow rate was selected as the objective function. The best combination of parameters was obtained by calculating the surrogate model with the GA. Meanwhile, the prediction accuracies of three surrogate models, namely, Response surface model (RSM), Kriging model, and Radial basis neural network (RBNN), were compared. Results showed that the calculated findings agree with the experimental performance results of the original pump. The RSF model predicted the highest efficiency, while the RBNN had the highest prediction accuracy. Compared with the simulated efficiency of the original pump, the optimization increased efficiency by 8.34% under the design point. Finally, the internal flow fields were analyzed to understand the mechanism of efficiency improvement. The optimization process, including the comparison of the surrogate models, can provide reference for the optimization design of other pumps.     

Simulation Research on Dynamic Characteristics of Hydraulic Mount

At present,research on hydraulic mounts has mainly focused on the prediction of the dynamic stiffness and loss angle.Compared to the traditional finite element analysis method,the programming method can be used to analyze hydraulic mounts for a rapid and accurate understanding of the influence of the different mounting parameters on the dynamic stiffness and loss angle.The aims of this study were to investigate the nonlinear dynamic characteristics of a hydraulic mount,and to identify the parameters that affect the dynamic stiffness and loss angle using MATLAB software programs to obtain the influence curves of the parameters,so as to use suitable parameters as the basis for vibration analysis.A nonlinear mechanical model of a hydraulic mount was established according to the basic principles of fluid dynamics.The dynamic stiffness and loss angle of the dimensionless expression were proposed.A numerical calculation method for the dynamic performance evaluation index of the hydraulic mount was derived.A one-to-one correspondence was established between the structural parameters and peak frequency of the evalua-tion index.The accuracy and applicability of the mechanical model were verified by the test results.The results dem-onstrated the accuracy of the nonlinear mechanical model of the hydraulic mount,and the vehicle driving comfort was greatly improved by the optimization of the structural parameters.     

方形固支平膜片弹性特性分析及优化设计

针对方形平膜片在传统设计中存在的计算繁琐、效率低下和精度不高等缺陷,应用大型有限元分析软件ANSYS12.0建立了方形平膜片有限元模型,研究了主要结构参数和载荷对弹性特性的影响规律.同时通过对方形平膜片的优化设计优化设计参数进行了分析,并利用软件ANSYS12.0的优化设计模块对方形平膜片的主要参数进行了优化设计,分析...