为减小齿面磨损量、改善其传动性能,提出了一种基于Sine-SSA-BP模型的复合修形设计方法,以探明修形设计对齿面磨损的影响。依据Archard磨损模型求解出齿面磨损量,以磨损阈值和许用磨损量为判据进行齿面重构和修形设计,并分别推导了新齿面坐标方程;同时,利用Sine混沌映射改进的麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络,与传统BP模型进行对比,验证Sine-SSA-BP模型的精度,以此表征修形参数与磨损量之间的隐式关系,并进一步探究修形参数影响下齿面磨损量的分布规律;最后,迭代求解得出最佳修形参数值并进行齿轮修形设计,对比分析修形设计对齿面磨损量的影响。结果表明,复合修形设计后的齿面接触状态得到显著改善,磨损量明显下降。本文方法有利于减小齿轮早期磨损失效概率,可为齿轮抗磨设计和参数优化提供理论参考。

分析了固体动力杀伤器的气动外形设计参数。通过进化神经网络构建气动外形参数与气动特性之间的代理模型,然后确定了气动外形优化方法,并完成了算例验证。结果表明:通过代理模型开展固体动力杀伤器气动外形优化是可行的,能够大大缩短杀伤器气动外形优化周期。

随着运载火箭研发模式转变,快速迭代和协同优化设计成为主要发展方向,这就要求作为小回路论证中重要一环的气动特性计算能够实现在线输出数据,亟需研究一种快速计算气动特性的代理模型,代替耗时的CFD计算和风洞试验参与到总体优化设计中。综合比较多种快速计算途径,选择高斯基Kriging插值和BP神经网络两种方法构建代理模型。使用脚本控制的Cart3D软件生成数值试验样本,样本点精度与Fluent软件计算误差小于14%。通过样本点训练、内参优化和加点策略,最终获得相对误差小于10%的代理模型,能够实现给定外形参数在线秒级输出气动数据,极大地推动了气动计算在总体论证中的作用。

建立了高超声速飞行器气动杆和逆向喷流复合构型的CFD数值模型,其中流场空间离散采用AUSM+格式,湍流模拟采用Menter's SST k-ω两方程模型。分析结果表明,带喷流构型的再附激波强度弱于不带喷流构型,在气动杆前端安装逆向喷流可以提高系统的减阻性能。选择气动杆长径比、喷口直径及喷流总压比作为设计变量,以喷流质量流为约束条件、模型气动阻力系数为目标函数,在Kriging代理模型上进行了带喷流构型的气动阻力优化,优化后带喷流构型流场中的再附激波强度明显弱于优化前,气动阻力系数降低了67.17%。

针对具有自适应后缘的跨声速翼型,基于代理模型和遗传算法相结合的优化方法,开展考虑自适应后缘结构约束的翼型气动优化设计研究。结果表明,低升力系数下翼面流场没有明显的能量损失,不同设计升力系数得到的自适应后缘翼型阻力相差不大;高升力系数下翼面附近存在激波,翼型阻力主要由激波强度决定。对于以低升力系数为设计点的基本翼型,通过后缘自适应变弯来调整载荷分布,可以降低翼面激波强度,减小翼型阻力;对于以高升力系数为设计点的基本翼型,可以直接通过气动优化来消除翼面激波,使得翼型阻力达到最小。因此对于带有自适应后缘的翼型,为了实现宽升力系数范围内的阻力最小,应首先以高升力系数为设计点完成基本翼型的气动优化设计,然后以低升力系数为设计点完成自适应后缘外形的气动优化设计。

衡量代理模型精度的量化指标种类繁多,但是要横向对比不同种类数据的模型精度,常见的精度指标存在一些不足之处。分析现有代理模型精度指标的不足,提出一种“归一化绝对误差均值”指标;以某战术导弹模型为例,采用参考文献中的试验设计加点策略与交叉验证策略,建立11种气动参数的Kriging代理模型;通过对“归一化绝对误差均值”指标与相关性图进行比较,验证所提指标的有效性。结果表明:提出的指标不仅能够有效表征代理模型精度,而且能对不同种类数据进行横向对比,具有一定的应用价值。

利用代理模型方法取代计算流体动力学(CFD)方法,开展旋翼翼型的动态失速特性优化设计.建立基于动网格技术的旋翼翼型非定常气动特性求解方法,获得旋翼翼型在不同外形下的升阻力和力矩气动特性参数.利用类型转换(CST)翼型参数化方法,对初始翼型进行拟合重构;选取12个设计参数,利用基于自然启发的全局优化差分进化算法,优化目标是降低旋翼翼型的力矩和阻力特性,主要限制条件是保证升力特性不降低和翼型厚度增幅不明显.将本文的优化设计结果与基于伴随方法和CFD方法的优化结果进行对比.结果表明,基于Kriging模型的动态失速特性优化方法与伴随方法相比,在二维翼型优化设计上具有更好的寻优性能,优化翼型气动特性的表现更好;该方法与CFD方法相比,在利用全局优化算法的优势下,减少了过早陷入局部最优点的可能性,对比优化结果表明,在力矩和阻力特

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2.5

为了提高光纤激光切割质量的预测精度,分别使用了多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法三种代理模型方法,建立了激光功率、切割速率和辅助气体压力等加工参数与挂渣量之间的预测模型。使用拉丁超立方抽样法产生30组训练数据,利用正交试验法产生25组验证数据用以验证预测模型的精度。结果表明,利用克里金法和支持向量回归法建立的模型均成功地预测了挂渣质量,其中克里金法建立的模型预测精度最高,并利用该模型分析了激光切割加工参数对挂渣量的影响规律。

利用RecurDyn和AMESim仿真软件建立了某型传动系统中液压换挡机构的机械-液压耦合动力学仿真模型,通过试验验证了模型可信度。针对利用Monte Carlo法进行可靠性计算时,求解复杂系统随机动力学计算量过大的问题,基于Isight平台,提出了集成动力学模型+代理模型+Monte Carlo法来进行动作可靠性估计,选取了拟合精度较高的人工神经网络作为代理模型(RBF Model),高效地完成了液压换挡系统随机动力学的仿真求解及动作可靠性估计,为复杂耦合系统动作可靠性评估提供了一定的参考。