铁路轨道除沙车除沙装置的离散元仿真分析与试验

为研究除沙车作业时的性能参数,以自主研发的铁路轨道除沙车为研究对象,运用EDEM进行除沙性能虚拟试验;建立了除沙车机械—沙土离散元接触模型,分析了沙粒在除沙车内集沙、排沙、抛沙的动态过程和数值规律。研究表明,仿真分析和试验结果较为吻合,额定工况最大除沙质量110kg/s,集沙铲和沙扇最大工作阻力分别为6500N和1650N,最大转矩分别为1100N·m、200N·m,抛沙扇转速在250r/min时满足最近抛沙距离设计指标。研究结果对除沙车性能参数的选取和结构优化设计有重要指导意义。     

计算机辅助普通话水平测试“命题说话”项评分误差控制

铁路除沙车是课题组研发的用于沙漠地区铁道线路除沙的专用设备,集沙装置是铁路除沙车的重要组成部分,在进行集沙工作时,集沙装置的集沙铲承受了较大的阻力。为了研究集沙铲工作时的受力情况和功耗情况,根据集沙铲和积沙的各自特点,建立了沙土模型、积沙结构模型和集沙铲模型,对集沙铲切割积沙的过程进行了有限元动力学分析。由仿真结果可知,集沙铲在旋转速度300 r/min,进给速度3 km/h的额定工况下,其最大应力为71.45 MPa,最大切割阻力为6 500 N,最大切割功耗在14~18.5 kW之间,集沙铲叶片下边缘和外侧边角处存在应力集中。研究结果为铁路除沙车集沙铲结构的优化和驱动马达的选型提供了理论依据。     

基于响应面法的单座阀阀杆预锻工艺优化

为解决单座阀阀杆实际锻造生产中预锻坯料摆放定位不准的问题,课题组提出了开设等效阻力墙的模具优化方案。基于响应面法对坯料初始温度、飞边厚度及等效阻力墙高度3个参数进行了优化设计,分析了各参数分别对最大模具应力和模具磨损深度的影响规律,确定了最佳参数组合为：初始坯料温度1 150 ℃,飞边厚度6 mm,等效阻力墙高度2.45 mm,对应的模具磨损深度的期望值为5.67×10-5 mm,模拟验证值为6.24×10-5 mm,优化目标相比优化前均有明显改善。课题组通过试验验证了优化结果的可靠性。     

基于响应面模型和灰色关联度的板料成形工艺参数优化

以非线性有限元分析软件Dynaform为平台,基于二阶响应曲面法和灰色关联度,对非标准盒制件冲压成形工艺 参数寻优。首先,利用正交试验法获取不同因素的不同组合下的减薄率数值;再采用灰色关联度理论,找到对该盒形件 最大减薄率起主要影响的2个因素即等效拉延阻力和压边力;基于响应曲面模型,利用Design Exper软件,结合中心复合 设计法( CCD)建立优化目标和主要影响因素的二次回归模型;据成形极限图(FLD)的曲线设置板料的目标函数,可求得 等效拉延阻力和压边力的最优解。通过对比优化前后的数值模拟结果可知,优化后的冲压参数可以有效提高板料成形 性能和质量。     

基于响应面法的地震仪调整平台结构优化

为便于实现地震仪调整平台的无人化安装及其水平度的调节，课题组采用响应面法对调整平台进行结构轻量化的设计。在对地震仪调整平台进行静力学分析以及结构参数化基础上，借助参数敏感度分析获得影响其质量、最大等效应力和最大位移形变的关键参数；利用二次多项式响应面法对调整平台进行相关响应面拟合；并采用 MOGA遗传算法全局寻优；对优化前后的调整平台各指标进行对比分析。结果表明：优化后最大等效应力降低41%、薄弱方向的最大位移形变下降56%，同时质量降低了12.8%。该响应面优化设计不仅达到轻量化的效果，又提升了装置刚度和强度。     

基于RSM与NSGA Ⅱ的燃气灶外壳零件成形质量多目标优化

为提高燃气灶外壳零件的成型质量和安全性能，课题组基于DYNAFORM建立燃气灶外壳的有限元模型并完成优化模拟。以圆角半径A、压边力B和模具间隙C作为影响零件成形质量因素，以最大减薄率y1和最大增厚率y2作为优化目标，应用Box Benhnken(BBD)设计响应面（RSM）试验；采用DYNAFORM 6.0有限元软件模拟试验并获得样本数据，得到y1与y2的多项式回归响应模型；结合遗传算法对多目标优化函数进行优化求解，根据带精英策略的改进型非支配排序遗传算法（NSGA Ⅱ）获得优化后Pareto最优解集。最后选取了最优工艺参数组合：取整得到A为13 mm，B为335 kN，C为0.84 mm。根据NSGA Ⅱ预测结果y1为23.32%，y2为2.80%，经数值模拟验证，最大减薄率和最大增厚率分别为23.39%和2.96%，因此试验结果和预测结果误差低至0.3%。文中采用的零件成形质量多目标优化方法准确度高，为提高同类外壳零件的成形质量提供一种有效的优化方案。     

正交设计和响应面设计在路用混凝土配合比优化中的应用与比较

为了提高试验结果的可靠性,以影响路用混凝土抗折强度的砂率、粉煤灰和减水剂掺量3个因素为例,进行正交设计和响应面设计来对比2种方法在试验设计与性能优化方面的差异。结果表明,正交设计和响应面设计都可得到最优工艺参数,其中正交设计是以较少的试验次数得到给定水平组合的最优条件,而响应面设计得到的最优工艺条件不再局限于给定水平的组合,准确度也有所提高,而且还能对性能进行预测。     

基于AdvantEdge的7075 T651铝合金铣削参数有限元仿真优化

为了在7075 T651铝合金铣削过程中控制铣削力和铣削温度，减小加工变形，笔者对不同铣削参数进行研究和优化。采用专业切削仿真软件AdvantEdge建立二维铣削仿真模型，对铣削力和铣削温度进行仿真分析，对所得到的铣削力和铣削温度的结果进行铣削实验验证；设计正交试验表获得优化的铣削参数组合，采用单因素试验法获得单一因素对铣削力和铣削温度的影响规律。结果表明：有限元仿真和实验数据误差在可接受范围内，说明了有限元模型的正确性；通过正交试验选出了控制铣削力和控制铣削温度的2组最优铣削参数组合；单因素试验的结果说明每齿进给量、铣削宽度和铣削深度的大小与铣削力的大小成正相关，而铣削力几乎不受主轴转速的影响；主轴转速、每齿进给量和铣削宽度的大小与铣削温度的高低成正相关，而铣削温度几乎不受铣削深度影响。     

基于响应面法的螺纹接头快速连接器分瓣内螺纹片优化设计

螺纹接头快速连接器在工作过程中，分瓣内螺纹片结构的变形会使O形圈密封端面间隙增大，降低连接器的密封性能。课题组提出了以减小分瓣内螺纹片的最大变形量和等效应力的同时最小化结构质量为优化目标的结构优化设计方法，通过拉丁超立方试验设计方法选取试验设计点，建立分瓣内螺纹片设计变量与质量、最大变形量和最大应力的二阶响应面模型；采用多目标遗传算法优化求解出Pareto最优解集，并通过设计变量灵敏度分析对最优解进行修约。结果表明：当结构质量仅增加6.16%时，结构最大变形量减小了35.75%，最大应力减小了29.7%。该设计方法以结构质量的微幅增大实现了最大变形量与应力的大幅减小，优化效果显著。     

基于响应面法的报警器上盖注塑工艺优化

为降低某报警器上盖注塑的翘曲变形，课题组在分析不同尺寸浇口的翘曲量和剪切力结果后，选用了较优的13 mm浇口。在此基础上建立了响应面方案，对工艺参数进行优化。选择注塑时间、保压时间和保压压力为优化参数，以翘曲量为响应目标，利用Moldflow进行模拟，结合Design Expert软件对方案结果进行分析，利用回归方程拟合预测值。得到了最优工艺参数为：注塑时间1.5 s，保压时间9.6 s ，保压压力70 MPa。根据最优方案获得了合格的产品，证明了优化结果的可靠性。     

机油降解菌降解机油的响应面法优化及其动力学研究

从石油烃污染土壤中筛选出一株能够降解机油的菌株ML-1,对其进行ITS测序分析,ML-1被鉴定为硬孔菌属真菌。在单因素实验的基础上采用响应面法中的Box-Behnken设计,研究了pH值、温度和机油初始浓度3个因素对机油生物降解的影响及各因素之间的交互效应,通过响应面法优化得到的最优降解条件为温度为26℃,pH值为7.4,机油浓度为4600mg/L,在最优条件下实际降解率为94.74%。同时,在最优条件下建立动力学模型,ML-1降解机油的过程符合一级动力学模型,其R~2为0.9767,反应速率常数为0.941mg/(L·d~(-1)),半衰期仅为0.74d。     

基于信赖域改进的动态Kriging模型的冲压成形工艺参数优化

在工程优化问题中使用基于代理模型的优化方法能有效提高优化效率,减少优化时间。为了提高基于期望最大加点准则(EI)的动态Kriging建模效率与精度,利用信赖域方法与最小响应面加点准则(MSP)对期望最大加点准则进行改进,提出了改进的混合加点准则,发展了基于信赖域改进的动态Kriging优化策略。以NUMISHEET2002标准考题中翼子板为研究对象,将5条拉延筋阻力作为设计变量,板料减薄率作为响应值,基于改进的混合加点准则,建立翼子板成形工艺参数与成形质量之间的动态Kriging模型,进一步利用粒子群算法获得最优工艺参数。结果表明:优化后的工艺参数能有效消除板料成形过程中的拉裂缺陷,提高翼子板成形质量。     

汽车吸能盒诱导槽结构多目标优化设计

吸能盒作为防撞系统的主要吸能组件,能在短时间内吸收大部分的能量,从而保护驾驶员和乘客的生命安全。为了研究诱导槽的布置位置以及诱导槽深度等参数对吸能盒能量吸收性能的影响,分别建立了无诱导槽以及具有均布诱导槽的两种吸能盒模型。以吸能盒的压缩位移和峰值碰撞力为优化目标,以诱导槽的深度和槽间距为设计变量,采用最优拉丁超立方试验设计选取样本点,用二阶多项式响应面模型构建其近似代理模型,选用存档微遗传算法对吸能盒诱导槽的参数进行多目标优化设计。优化结果表明:在满足吸能盒各设计要求的前提下,优化后吸能盒的能量吸收性能得到了进一步的提升,从而为汽车吸能盒的设计提供一定的理论基础。     

基于响应面法的单线切割机刀架优化设计

建立了单线切割机刀架的参数化模型,分析了刀架的变形和应力分布,以重要尺寸为设计变量,质量、最大变形量、等效应力为目标变量,建立多目标优化数学模型,采用基于响应面法的多目标遗传算法对刀架进行优化设计和灵敏度分析,进一步对尺寸优化后的刀架进行拓扑优化分析,减轻了刀架重量,具有工程应用价值.     

基于ANSYS_Workbench的深海取样外筒多目标优化设计

为了安全、稳定地收集深海浮游微生物，课题组对具有保温、保压和过滤功能的取样外筒进行了优化设计。首先，对取样外筒进行三维建模，通过ANSYS_Workbench软件对取样外筒进行静力学分析；其次，对取样外筒的设计参数进行灵敏度分析，筛选出对输出结果（质量、最大变形和最大等效应力）影响程度比较大的参数，通过响应面法构建设计参数和输出结果之间的近似函数关系。结果表明：课题组的研究在保证取样外筒质量较小的前提下，提高了其综合强度和稳定性，节约了设计成本，提高了材料利用率。     

某SUV行李架的降阻降噪协同优化

以安装行李架后的某款SUV汽车模型为研究对象,基于协同优化算法,寻找最优的低阻低噪方案。先将降阻和降噪作为单独的2个子学科进行研究,分别寻找出影响气动阻力和气动噪声的关键因素,利用网格变形技术对行李架造型的关键部位进行参数化建立模型。然后通过CFD数值仿真模拟软件对选取的样本点进行计算,同时建立可靠的Kriging响应面模型。最后基于2个子学科的近似模型,构建协同优化模型寻找最优的低阻低噪方案并进行仿真验证分析。研究结果表明:相较于原始汽车模型,单目标优化后的整车模型阻力与噪声分别降低了1.97%和17.99%;协同优化后的整车模型阻力与噪声分别降低了1.60%和14.92%,优化结果与仿真结果的误差分别为0.17%和3.67%,均在工程实际应用可接受误差范围内。     

高性能音圈电机CAD

首次建立了音圈电机（ＶＣＭ）的精确模型，通过计算机模拟，分析了ＶＣＭ的动态特性；同时一改传统的ＶＣＭ设计方法，提出以最快响应为目标函数对ＶＣＭ进行优化设计，从面使优化结果更加切合实际。     

支持向量机替代模型的遗传优化设计

针对实际工程中常见的性能函数不能显式表示的优化问题,提出一种基于支持向量机替代模型的遗传优化设计方法。利用试验设计选取合适的设计参数样本点,通过实验或数值仿真获得响应输出,结合遗传算法构建具有参数优化功能的支持向量机替代模型;将支持向量机模型作为目标性能函数,结合其他约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法进行优化,形成一套准确、高效、适应性强的优化方法。以典型电子装备功分器的结构尺寸优化为例,采用均匀试验设计和高频电磁场仿真软件HFSS获取替代模型训练的学习样本,建立功分器模型的幅度比、相位差和驻波3个响应面目标函数,并对该多目标优化问题进行遗传寻优。     

挤吹线缆架结构优化设计

针对挤吹线缆架抗支撑能力不足、使用过程中产品变形量大等问题，课题组对含不同加强筋结构的挤吹线缆架在支撑载荷作用下的力学性能进行了数值仿真研究。利用UG（Unigraphics NX）软件建立了2种挤吹线缆架的有限元模型，在受力面上设计了2种不同的加强筋结构；采用正交试验法设计L9(4)正交表对其主要设计参数进行优化分析；仿真计算了挤吹线缆架在支撑载荷下的响应，比较分析了2种不同模型下的应力分布。实验结果表明加强筋的脱模斜度对产品变形量的影响最大，受力面加强筋的角度对产品所受应力的影响最大。加强筋设计为凸起结构时更利于实际生产及产品的使用。     

基于最优支撑剂指数法优化低渗气藏裂缝参数

现行裂缝参数设计方法没有考虑以压后有效渗透率为设计参数，也没有考虑经济允许的最佳压裂规模，因此不能确保压裂效果的长效性与经济性。基于支撑剂指数法，以经济最大化为目标，考虑非达西流动效应与压裂液伤害对裂缝渗透率的影响，结合经济因素、油藏规模、压裂规模间相互关系得到最优支撑剂指数函数，压裂已知规模气藏时，通过该关系函数可确定唯一的最优支撑剂指数及最优缝长，通过迭代求解可得到非达西流动条件下最优裂缝参数。计算结果表明，非达西流动效应越严重，最优支撑剂指数越小，最优缝长越小，最优缝宽越大，降低裂缝内非达西流动效应的影响需要设计低穿透比和高导流能力的裂缝。