涡轮叶片并行子空间多学科设计优化

将Kriging近似模型与并行子空间多学科优化方法相结合,对包括气动、传热和结构三个学科的涡轮叶片进行多学科优化设计,并与传统单级多学科优化方法进行对比。结果表明,基于Kriging近似模型的并行子空间多学科优化方法优化结果合理,与单级优化方法相比优化效率明显提高,寻优能力增强,适用于复杂结构的多学科优化设计。     

三维涡轮叶片气动优化方法的研究

提出一种进行三维涡轮叶片气动优化的多目标多约束方法.根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S(Navier-Stokes)方程和湍流模型进行三维流场分析计算,K-S(Kreisselmeier-Steinhauser)函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,以气动效率和总压比为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化.算例表明,使用该方法能使涡轮叶片的性能得到明显改善,证明提出的优化方法可行有效.     

涡轮叶片一维气动方案多学科优化设计

涡轮叶片设计过程中涉及气动、几何、结构、材料、强度、温度等多个学科,需要用多学科优化设计方法进行涡轮叶片的设计。本文应用iSIGHT软件和基于精化网格法的自编程序分别进行了涡轮叶片一维气动方案设计。通过对iSIGHT软件中不同算法的求解与对比分析,为基于三维精确仿真的涡轮叶片多学科优化设计过程中的优化算法选择提供了参考。应用精化网格法编制的多级涡轮叶片优化设计程序,根据发动机总体提出的性能要求与约束条件,计算得到了多级涡轮热态子午流程通道以及涡轮叶片气动三角形等参数,为基于三维精确仿真的涡轮叶片多学科优化设计提供了初始的设计点。     

一种基于协同近似的多学科设计优化方法

为避免求解复杂工程系统多学科设计优化问题时需要反复调用复杂耗时的多学科分析和进行繁琐的灵敏度计算,提出了一种基于协同近似（CMSO）的多学科设计优化方法。首先通过一种协同模型来筛选出更能反映多学科问题本身属性的样本点,通过协同模型来保证系统的多学科一致性;然后通过这些样本点分别构建自适应代理模型,并进行代理模型的验证和确认;最后选择最佳的代理模型来构建多学科优化模型并使用序列二次规划法进行优化求解。通过一个数学算例和圆柱螺旋压缩弹簧设计案例验证了CMSO法的可行性和有效性,且与单学科可行法的比较结果表明了CMSO法的高效性。     

涡轮盘片多学科优化系统设计与实现研究

针对某型号发动机涡轮转子盘片结构,设计开发了涡轮盘片多学科设计优化系统;实现涡轮叶片、叶冠等部件的优化仿真集成以及优化模型的建立;设计并编写了各功能模块之间的数据存储结构与交换接口,保障了数据传递的准确性;并以涡轮叶片为例进行优化设计,验证了系统的可行性和可操作性。     

排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。     

基于改进的BLISS2000优化策略的涡轮级多学科设计优化

为了提高涡轮级多学科设计优化的优化效率,保留了双级集成系统综合(BLISS2000)优化策略的基本算法结构,取消了构造近似模型的过程,在计算耗时的气动分析模块中应用具有自修正功能的可变复杂度建模(VCM)方法以缩短计算时间。在此基础上,提出了一种改进的涡轮级优化策略(BLISS2000/VCM)。采用该策略对某发动机涡轮级进行了优化,并与标准优化策略(MDF)进行了对比,结果表明优化效果基本接近,优化效率提高了2.75倍。     

涡轮叶片细微冷却通道周边区域应力分析

提高军用燃气涡轮发动机的性能的关键是提高涡轮前燃气温度,涡轮前燃气温度受到材料和冷却技术的制约。探索新的高效冷却方法对于提高涡轮前燃气温度有重要的作用。本文分别采用圆环和球壳模型,对具有重要应用前景的涡轮叶片新型冷却方法的泡沫多孔结构及细微冷却通道周边区域的应力进行具体的分析,对该结构的强度可行性进行了初步的论证,为这一新型冷却方法的进一步研究奠立结构强度分析的基础。     

基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据,提取右发高压涡轮转速比N₂(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型,结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件,采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解,得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测,重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响,最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明,叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高,预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近,可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。     

基于■耗散率最小的燃气涡轮叶片冷却构形优化

基于构形理论,以■耗散率最小为优化目标,对燃气涡轮基元级叶片进行构形优化,得到量纲一当量热阻最小的基元级叶片最优构形。结果表明:在基元级叶片总横截面积和空腔占比一定的条件下,存在最佳空腔直径与叶片厚度比使得基元级叶片量纲一当量热阻取得最小值,但不存在最佳空腔边距与叶片厚度比、最佳叶片厚度与长度比使得基元级叶片量纲一当量热阻取得最小值。在叶片结构强度允许的前提下,提高空腔占比,减小空腔与叶片表面的距离,保持基元级叶片狭长均有利于提高基元级叶片的整体传热性能。■耗散率最小和最大温差最小的基元级叶片最优构形是明显不同的,■耗散率最小的构形优化比最大温差最小的构形优化更能有效地降低基元级叶片的平均传热温差,提高其整体传热性能。此外,通过对基元级叶片冷却空腔进行多尺度构形优化,其整体传热性能也得到明显提高。     

基于ANSYS汽轮机叶型的优化设计

随着能源短缺问题日益严重,通过使用低温余热发电系统吸收工业生产过程中剩余热能并转化成电能,可有效的提高资源利用率.汽轮机作为该系统的核心部件,它的叶型对系统工作效率具有极大影响.因此,根据以往经验参数建立出它的三维模型,并对其进行有限元分析,结果表明该叶型具有非常大的优化空间.基于叶片数值模型,使用ANSYS软件对其进...     

基于代理模型的液压螺栓拉伸器优化设计

液压螺栓拉伸器是用于火电、核电、风电等大型设备螺栓连接的专用工具,具有结构紧凑、操作方便等优点。活塞是液压螺栓拉伸器中承受载荷的关键部件,如何减少结构应力是设计中最为关注的问题。针对高精度仿真模型在优化过程中需要耗费大量时间成本的问题,采用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS构建活塞的参数化模型,对其进行静力学分析;然后,构建代理模型替代高计算成本的仿真模型,对活塞应力进行优化。结果表明,在活塞体积增大2.52%情况下,最大应力降低5.61%,证明基于代理模型的优化方法对液压螺栓拉伸器优化设计具有一定的指导意义。     

基于遗传算法的风力机叶片优化设计

提出了风力机叶片的优化设计模型,模型以动量—叶素理论为基础,首先对风力机的气动性能进行计算,然后根据作用在风力机叶片上的气动力,以风力机叶片每段的年能量输出最大为设计目标,使用遗传算法进行寻优搜索。利用开发的优化设计程序,针对特定风场设计截面的最佳弦长和扭角。仿真结果表明,采用遗传算法设计出的叶片在扭角值基本吻合的前提下,比原有叶片在不同的风速下,功率都有所增加,从而证明了算法的实用性和有效性。     

基于OptiStruct的风力叶片拓扑优化设计

基于OptiStruct的优化平台对二维薄板和风力叶片进行了不同目标的拓扑优化,给出了均匀材料和复合材料结构分别在最小位移和应力目标下的拓扑优化结构。结果表明拓扑优化方法能够对复和材料的风力叶片进行有效优化,并提供材料的优化布局方案。     

基于切削力频谱分析的A880高压动叶片型面加工切削参数优化研究

针对汽轮机A880高压动叶片型面粗加工切削性能进行试验,实时监控切削力,并开展基于切削力频谱分析的切削参数优化研究。结果表明,切削力时域信号和频域信号能够有效反映切削性能和切削稳定性,基于切削力频谱分析方法为提升叶片制造水平提供试验依据。     

风电机叶片外形参数的逆向优化方法研究

针对风电机组叶片结构正向设计中的参数不容易收敛、气动特性沿叶展分布难以确定的问题,以气体动力学的叶素动量理论为基础得到叶片弦长、扭角的简化设计方法,然后以叶素升力系数和功率系数最大为优化目标,采用牛顿切线迭代法,提出了叶片外形参数的逆向优化设计模型。并在此基础上对1.5MW直驱风电机组叶片建立算法模型,对其弦长、扭角进行逆向迭代设计,结果证明该优化设计方法对叶片吸收风能效率有了较为显著的提高,同时也避免了正向设计中出现的参数不收敛的问题。     

基于RBF代理模型的袋式除尘器清灰性能优化设计

针对袋式除尘器清灰系统性能优化设计中非线性和多参数耦合的问题,提出基于RBF代理模型的袋式除尘器清灰性能优化方法。以数值模拟为基础获取优化目标响应值。采用拉丁超立方试验设计控制清灰参数的设计空间,根据得到的试验数据建立清灰参数与响应值之间的RBF代理模型,并在此基础上采用遗传算法进行优化,得到距袋底1m处侧壁压力峰值最大的清灰参数组合。优化结果表明:距袋底1m处侧壁压力峰值由1.099kPa上升至2.294kPa,实现了对清灰性能的优化设计。     

基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化研究

汽车车身设计是一项复杂的系统工程，针对设计涉及多个学科专业领域的特点，提出了基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化方法。基于Agent的MDO方法是一种很有潜力的MDO方法，这种方法具有如下特点：流程简单，各个学科组可自主地、并行地进行设计优化，没有系统级协调优化环节。实例研究表明，基于Agent模型的多学科设计优化方法对于解决复杂系统问题有很好的应用前景。