合理的钻头水力结构能避免泥包现象发生,提升钻井效率。为完善仿生PDC钻头的水力结构,基于κ-ε湍流模型和离散相模型对4种不同水力结构方案进行数值计算,确定了最佳方案为喷嘴和辅助喷嘴结合。为确定该方案下最佳结构参数,使用响应面法建立了以喷嘴直径x1,辅助喷嘴直径x2、喷嘴距钻头中心径向距离x3为设计变量,采样点最大速度D和采样点平均速度E为目标函数的数学模型,基于回归分析对钻头水力结构进行优化设计,求出最佳参数为喷嘴直径16.36 mm,辅助喷嘴直径8 mm,喷嘴距钻头中心径向距离63.85 mm,并对该参数下的水力结构性能进行了数值计算。结果表明优化后的钻头水力结构不仅减少了流体井底速度波动次数,且明显提升了整体速度,解决了原有的涡流现象,增强了钻井液携岩性能,减小了粒子浓度。

吊卡作为钻井提升系统的重要结构,强度与可靠性要求极高。为提高吊卡的强度与安全可靠性,对吊卡吊臂部位进行结构优化。利用有限元软件ANSYS workbench对吊卡的静态特性进行了研究分析;在此分析基础上,对吊臂结构优化设计参数进行了灵敏度分析与实验设计;并基于响应面法建立了优化的数学模型,再通过遗传算法得到最优设计方案。结果表明当吊臂截面厚度b为94mm,吊臂截面半径R为87mm,吊臂截面偏离角度β为37°时,吊臂的最大应力值降低12.5%,并通过试验进行了验证。提高了吊卡的强度与安全储备,为吊卡结构改进设计提供了理论指导。

针对挖掘机多路换向阀开启过程中所受稳态液动力使得操纵力过大的问题,基于ANSYS对阀芯节流槽进行热流固多物理场可视化研究,通过分析半圆形节流槽阀芯下流动状态,提出新型节流槽拓扑结构,并建立Non-Parametric Regression响应面模型,研究新型节流槽结构尺寸对稳态液动力与质量流率的影响。结合多目标遗传算法寻优求解,并对比分析优化前后流动状态及阀芯所受稳态液动力等。结果表明:新型节流槽结构能够降低稳态液动力,有效提高了多路阀开启过程的换向性能。

为实现细长果蔬的无损采摘,设计一种充气呈螺旋运动的软体气动抓手。对该抓手进行有限元静力学仿真分析,采用3因素3水平的中心组合设计与响应面分析方法,研究各因素对软体气动抓手螺旋特性的交互影响。以软体气动抓手的螺旋直径和螺距为响应值,分别建立二次回归模型,得到模型的决定系数分别为0.9987和0.9351,各因素对螺旋直径和螺距的影响显著性顺序从大到小均为壁厚、内腔室高度、腔室角;以软体气动抓手的仿真直径35 mm、仿真螺距[50 mm,150 mm]为目标函数对各试验因素进行优化,最优设计结果为壁厚2.51 mm、腔室角30.52°、内腔室高度11.91 mm。制作软体气动抓手并进行仿真试验对比,结果表明,螺旋直径与螺距的误差均小于5%。对该抓手在不同气压下的抓取力进行试验,结果显示,软体气动抓手在气压0.13 MPa下至少具有3.37 N的抓取力;通过抓取不同尺寸...

在应用的串联翼型构型中,前后翼型之间可能存在的流动干扰的效果之一是带来干扰噪声。针对串联机翼构型的气动干扰噪声问题,采用基于高阶数值格式的大涡模拟(LES)方法对流场进行了分析,然后通过FW-H方法得到了远场噪声结果。研究中首先针对基准构型进行了流场的计算结果分析和压力脉动的频谱分析,以及声学结果分析。在此基础上,通过改变前翼和后翼的几何外形参数,采用Kriging响应面方法,研究了两者变化的组合对干扰噪声的影响,其中重点在于前翼的尾缘外形和后翼的前缘外形参数变化的影响。通过分析响应面结果,给出了单个参数和多参数的影响规律。从声学结果来看,对于文中的翼型类型,最大厚度和后缘的船尾角应同步变化,并且不应过大或者过小。结果同时表明,通过调整几何外形,能够使得串联机翼的整体噪声更低。

为了对不同工况下的某溢流阀进行寿命预测,通过寿命试验与ANSYS仿真相结合的手段,基于溢流阀内O形圈磨损过程,首先进行溢流阀的寿命试验,通过溢流阀寿命试验得出溢流阀在标准环境下的寿命信息,然后进行O形圈磨损过程的ANSYS仿真,建立仿真模型,模拟O形圈在标准环境下溢流阀中的受力状态和材料属性,得到O形圈所受接触压力小于工作压力时的O形圈失效当量半径,该当量半径与试验所得寿命信息可视为同一点,通过Archard磨损模型计算得到该元件的磨损率,并根据O形圈不同温度下的材料常数在ANSYS仿真模型中测得该工况下的失效半径,计算出这一工况下的寿命信息,通过不同工作压力和工作温度下的多次仿真,利用所得寿命信息,建立了溢流阀在不同工况下的寿命响应面,该方法可以应用到不同工况下的溢流阀寿命预测领域,为不同工况下液压元件寿命预测提供...

提升吊耳是整体液压顶升装置中的关键受力结构,采用有限元静力学方法对其进行受力计算,得到各零部件及焊缝处的应力分布,由强度结果可知:富裕度较大,需进行结构优化设计。首先对提升吊耳进行敏感度分析,筛选出对目标结果影响较大的设计变量,进一步完成响应面分析,生成Kriging类型的响应面,最后采用MOGA(多目标遗传算法)迭代计算后寻得最优设计点。按照优化后的设计变量更新计算模型,并完成有限元静力学计算,得到各零部件及焊缝的等效应力分布,分析后得出:优化后的计算模型强度满足标准要求,且质量降低约41.7%,优化效果显著。

前纵梁作为汽车正面碰撞中主要的吸能和变形结构在汽车安全问题中具有重要研究意义。选取某微型车前纵梁结构为研究对象进行厚度优化设计。首先利用最优拉丁超立方的方法进行设计变量样本空间的设计,然后在已经建立好的整车模型中进行相关参数修改并进行仿真计算,并根据输出数据建立整车瞬时加速度及前纵梁比吸能的二阶响应面代理模型。应用多目标骨干粒子群（Barebones Multi-Objective Particle Swarm Optimization,BB-MOPSO）算法采用自编MATLAB代码得到了分布均匀的瞬时加速度以及前纵梁比吸能的Pareto前沿。该算法在车辆结构优化问题中的使用有效的避免了目前被广泛使用的NSGA-Ⅱ算法Pareto前沿分布均匀性差的不足。最终前纵梁比吸能提高了16.2%,整车正碰瞬时加速度减小了3.6%,前纵梁质量减轻6%,在提高了汽车安全性的同时保证了轻量化。

为确定温控系统边界条件,采用有限元法和回归分析对其进行参数辨识,并通过试验验证方法有效性。通过建立温控系统的有限元模型,进行单因素分析,揭示对流传热系数和热功率对稳态温度的影响规律。采用非线性最小二乘法建立数学模型,确定环境对流传热系数和系统的热功率,修正有限元模型边界条件。通过多项式回归建立温控系统响应面方程,可以在不同的热环境下选择合理的热功率达到目标温度。将修正模型的瞬态热分析结果和试验温升曲线进行对比,两者基本吻合。结果表明,该方法可以用来建立准确的温控系统有限元模型,并为温控电路设计提供依据。

通过研究过渡区压力变化与侧板阻尼结构之间的关系,提出浮动侧板阻尼结构的参数化研究方法。以某高压齿轮泵为模型,对齿轮泵过渡区流场进行解析,并基于响应面方法建立过渡区压力变化的近似模型,在保证齿轮泵容积效率的前提下,以降低侧板过渡区突变为优化目标,对侧板高压油槽阻尼结构进行优化设计,结果表明过渡区压力突变由10.162 MPa降至3.670 MPa。