熔融沉积成型(FDM)用于成型制造设备零部件已成为一种趋势,为了研究熔融沉积成型制造过程高效低碳优化问题,通过对FDM的碳排放进行量化分析,以打印速度和分层厚度为优化变量,建立以最短打印总时间效率(高效)和最低总碳排放(低碳)的多目标优化模型。并结合打印设备性能和打印质量等约束条件,采用改进的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ对模型优化求解最佳工艺参数组合,最后通过设计交叉实验并借助Design Expert中响应曲面法分析验数据,得出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。验证了模型的有效性。

微细电火花铣削是实现金属微结构加工最具潜力的加工方法之一,而电极形状损耗一直制约着该技术的工程化应用,找出电极形状变化规律,实现电极形状损耗的控制是解决该问题的根本途径。在现有的研究成果基础上,针对微细电极凹底损耗现象进行深入研究设计正交实验提炼凹底损耗的主要影响因素;在正交实验的基础上,运用响应曲面设计建立凹底损耗的响应模型,估计凹底损耗出现的临界范围;根据相关理论,分析凹底损耗的形成机理。研究结果表明峰值电流与脉冲宽度是影响凹底损耗的主要因素;凹底损耗现象出现在二者形成的一个近似线性的范围内;趋肤效应对其形成的影响较大。研究成果为实现微细电极的形状控制提供一定的实验及理论依据,对高效微细电火花铣削加工提供技术支撑。

为了预测热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度,利用DEFORM-3D有限元仿真软件对热滚轧面齿轮加工过程进行仿真,获得不同工艺参数组合下齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度。以仿真结果为数据样本,采用响应曲面法建立热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力和压应力层深度的预测模型,并以残余压应力峰值最大、残余压应力层深度最小为优化目标,得到最优工艺组合。以最优工艺组合为实际加工参数,对齿廓表层残余应力实测值与预测值进行对比分析可知,实测值小于预测值,最大误差不超过17%。表明所建立的预测模型可以实现对热滚轧面齿轮表层残余应力的测控。

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.

针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密封装置密封间隙内磁感应强度分布规律,分析各结构参数对密封性能的影响,运用正交试验和响应曲面优化方法对关键结构参数进行优化设计。结果表明:当转轴线速度较高时,离心力对密封性能有显著影响;密封压力值随着永磁铁厚度和永磁铁宽度的增加,先增加后趋于平稳,随着密封间隙的增加而降低,随着齿宽、齿高和槽宽增加,先增加后减小,各参数对密封性能的影响程度由大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、永磁铁宽度、齿高、永磁铁厚度;优化后磁流体密封的结构参数为密封间隙0.1 mm、极齿宽度1.274 mm、齿高1.8

针对传统密封方式应用于往复密封存在磨损和泄漏的问题,以立式柱塞泵为研究对象,设计一种带有斯特密封的新型磁流体密封装置。利用有限元数值分析软件获得磁流体密封件间隙内磁感应强度分布,计算其理论耐压值,分析密封间隙、齿宽、齿高、槽宽等关键参数对密封压力值的影响,并运用响应曲面优化方法对其进行优化设计。结果表明:初设密封装置理论耐压值为0.483 MPa;密封压力值与密封间隙成反比,密封压力值随着齿宽、齿高、槽宽的增大先增大后减小。优化后各结构参数分别为密封间隙0.2 mm,齿宽0.627 mm,齿高1.01 mm,槽宽1.84 mm时,理论密封压力值为0.529 MPa,相比优化前提升了9.5%,且远高于实际应用密封压力值。

熔融沉积技术(Fused Deposition Molding,FDM)在3D打印领域应用广泛,其能耗特性尚不明确,因此进行了FDM3D打印机工艺参数对能耗的影响研究。通过设计响应曲面实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗数据。利用实验数据生成响应曲面并作降维处理,分析各个工艺参数对能耗的变化趋势的影响,即随着热床温度的升高则能耗上升,随着打印速度、分层厚度的增大则能耗降低。获取较低的能耗需要尽可能地减少待机和加工时间,一方面要选择合适的热床温度和喷头温度,另一方面选择较大的打印速度和分层厚度。

根据某公司对缸体轻量化和小型化的需求，以BY004—1型柱塞泵缸体为研究对象，应用ANSYS-Workbench软件对其进行了数值仿真，并利用软件的优化模块Design Explorer对缸体的体积进行优化，得到结构参数对优化结果影响的一些规律。优化后的缸体体积减小了16．16％，且满足原工况要求，有效地优化了缸体结构，节约了成本。

为优化平衡式双排轴向柱塞泵缸体的力学性能，分析了缸体的受力情况，建立其力学模型和仿真模型，进行了有限元分析，得出不同结构参数下缸体的应力和应变的响应曲面，优化了缸体结构模型。分析不同载荷下应力应变曲线图，结果表明：平衡式轴向柱塞泵缸体具有良好的力学性能，缸体的轴向最大应变和径向最大应变主要取决于外排的变形；相比于仅外排和仅内排的缸体，双排缸体的径向和轴向应变远小于仅外排和仅内排缸体应变之和，表明平衡式轴向柱塞泵缸体双侧的力存在相互抵消情况，其结构相比普通轴向柱塞泵有一定的优势。

提出一种液力变矩器叶栅系统的优化设计方法，通过含有参数化设计与流场数值模拟环节的正交试验设计样本构建目标的响应曲面（RSM）近似模型，再由序列二次规划法（SQP）反复迭代并更新模型逼近最优解。结果表明该方法在工程设计上是有效的，并且证实了加大泵轮叶片内环出口角的扭曲角度可以有效地提高变矩器的变矩性能，但起动变矩比增大的同时最高传动效率会有所下降。