大流量电液控换向阀是支架液压系统的关键控制元件之一,仿真手段对于换向阀的流动特性分析具有重要意义,然而流体仿真存在计算复杂度高、仿真时间较长的问题,对于要求实时高效流动特性分析的场合并不适用。因此,针对大流量电液控换向阀在不同阀口开度、不同入口压力、不同流量下的流场分布情况进行了仿真分析,发现换向阀入口压力随阀口关闭值呈指数上升趋势,随流量增加呈上升趋势,与出口压力值接近正比关系,并且阀口关闭位移越大换向阀入口附近涡流越剧烈。在换向阀流场仿真的基础上采用均匀抽样方法进行试验设计,提出并建立了基于多维勒让德正交多项式的响应面模型,采用均方根误差、决定系数和经过调整的决定系数,验证了响应面模型替代Fluent仿真模型进行流场分析的准确性和快速性,通过前期少量的流场仿真数据建立响应面模...

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)氢气引射器优化研究中优化精度低、忽视多结构耦合作用的问题,采用CFD和响应面法结合优化引射器结构参数。通过单因素仿真试验研究各结构对引射比的影响,在此基础上设计正交试验构建响应面分析多结构参数交互作用。研究结果表明喷嘴距和等压混合室直径的响应p值小于0.05,存在耦合作用且对引射性能具有显著影响,通过响应面法优化后引射器最大引射比达到3.62,相比于单因素优化结果提升了25.69%并且预测模型误差仅为4.93%。

为了提高电火花加工TC4合金的加工效率、表面质量,在混粉电火花加工的基础上设计了一套工具电极超声振动装置。以工件去除率MRR和表面粗糙度Ra为工艺指标设计了Box-Behnken试验,应用响应面法建立了加工参数与工艺指标之间的二次回归模型,分析了加工参数对工艺指标的影响;通过对比试验,得出电极超声振动使混粉电火花加工去除率平均值提高了29%;粗糙度Ra值降低22%。对去除率及表面粗糙度进行了多指标优化,参数最优组合为电极直径为4mm,峰值为20A,脉冲间隔为39μs,铝粉浓度为15.3(gL^-1)。试验表明在大脉冲环境下,电极超声混粉电火加工花仍能获得较好的表面质量。

以某型号道路工程车辆车架为研究对象,在CATIA软件中建立了该车架的3D模型,导入Hypermesh进行网格划分并建立其有限元模型,根据车辆的实际工作情况,构建满载静止和支撑两种工况然后进行强度分析,选择应力与变形较大的工况进一步计算其模态频率。构建以厚度为应变量的响应面模型,基于车架近似模型以车架的总质量和第一阶模态频率作为优化目标,以车架的强度作为约束条件进行多目标优化。优化结果表明在满足车架整体性能要求的前提下,优化后的车架第一阶模态频率提高了6%,并且车架质量减轻了7%,证实了该优化设计方法的有效性,为后续工程车架的设计提供指导。

高速列车蓄电池箱在受到激励频率的作用下会发生共振。为了提高蓄电池箱的共振可靠性,将可靠性分析与优化设计相结合进行高速列车蓄电池箱共振可靠性优化。首先通过模态分析得到蓄电池箱的固有频率,依据激励频率与固有频率的关系准则,建立蓄电池箱共振的失效函数,利用可靠性分析得到蓄电池箱的共振可靠度。然后采用灵敏度分析选取优化设计变量,利用最小二乘法拟合出优化目标和约束条件的响应面模型。最后以蓄电池箱共振可靠度为优化目标,一阶固有频率和质量为约束对蓄电池箱进行共振可靠性优化。优化结果显示,可靠性最优解远离约束边界,而且在提高蓄电池箱共振可靠性的同时减轻了结构质量。研究成果为蓄电池箱的进一步改进提供了理论依据。

针对汽车电机支架在增大载荷力条件下的结构优化问题,利用响应面法和多目标优化算法相结合,对电机支架进行有限元分析和多目标结构优化设计。以应力值和支架质量为优化目标,通过表面中心复合实验设计和响应面方法构建响应面模型,并在此基础上应用Hammersley筛选法对其进行多目标优化求解。优化结果表明在载荷力增大8.3%的情况下,优化后电机支架的最大应力降低9.7%,质量降低3%,满足预期结构优化目标。

沥青路面的翻修会产生大量的沥青废料,沥青路面再生技术是利用这些废料的主要途径,而泡沫沥青再生工艺在沥青路面再生过程中扮演了重要的角色。泡沫沥青的品质由泡沫沥青制备器的发泡过程控制参数决定,为优化发泡过程控制参数,引入响应面法。以沥青温度、油水比及水温为研究因素,以发泡腔出口平均速度、发泡腔平均密度为响应变量。采用Box-Behnken Design响应面法,通过Design-Expert软件设计试验后,将各组试验在Fluent软件中仿真,将得到仿真结果进行回归分析,建立出口平均速度、密度的响应面模型,最终求得优化结果。

为了改善传统磨床传动式电机与角接触球轴承导致的加工精度低、拆卸加工困难等问题,采用动静压轴承和永磁同步电机对其结构进行改进,利用有限元对该主轴进行分析得出主轴的最大形变量为0.0020383mm,由此通过改进可以减小主轴的最大形变量,说明结构改进合理。首先,利用ANSYS对电主轴进行建模与静力学分析,其次,为了验证该电主轴的结构是否可靠,确定设计参数及可靠性评估参数,同时根据中心组合法产生样本并利用MATLAB进行响应面的拟合。根据拉丁超立方抽样,对响应面进行10000次抽样,利用MATLAB得出可靠性评估参数的分布特征,运算出可靠性为97%,证明了该电主轴结构有很高的的可靠性。

为了研究曲轴承受弯扭复合载荷时,其圆角应力的变化情况,建立了柴油机曲轴弯扭复合模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。模拟了标定工况下,曲轴过渡圆角处最大弯曲、扭转以及弯扭复合应力随曲轴转角的变化规律。选择最大弯扭复合载荷,以曲轴质量为约束条件,运用Workbench Design Exploration优化模块对曲轴最大应力和最大变形进行响应面优化分析。结果表明:在0~180°CA内,随着曲轴转角增加,弯扭复合圆角应力先增大后减小,最大值出现在上止点后15°CA,此时的圆角应力比最大爆发压力时的圆角应力大4.9%,比上止点时的圆角应力大26%。过渡圆角半径对曲轴应力和变形敏感度最大,敏感度分别为-0.426和-0.563。通过响应面优化分析,在满足约束条件的情况下,优化后的曲轴最大应力减少了14.45%,最大变形减小了18.17%。

作为各类工程实践中常用的传动装备,减速器主要用于传递转矩和匹配转速。以带式运输机减速器为对象,利用ANSYS Workbench对其高速轴进行静力学分析,提出轻量化、材料使用性能最大化的设计目标,并结合多目标优化理论,构建响应面模型,对危险截面进行尺寸优化。结果表明:优化后,齿轮轴质量减少1.71%,且仍满足强度、刚度要求,为其他工况条件下减速器的优化设计提供了参考。