超高速发电机铁心损耗计算及影响因素研究

针对微型涡喷发动机用的超高速发电机损耗的计算方法进行研究。首先,基于滑移边界建立了高速电机空载磁场有限元模型计算,得到定子铁心磁密随时间变化波形,通过傅里叶分解得到基波磁密和各次谐波磁密,根据Bertotti铁耗计算模型进行定子铁耗分布的计算,研究了铁心材料、定子结构尺寸及不同转速情况下的铁耗大小。     

适用于微型涡喷发动机的高速永磁发电机的设计优化

优化微型涡喷发动机中高速永磁发电机的设计能够增强微型涡喷发动机的使用性能。基于此,本文从设计优化意义展开论述,详细阐述了定子设计优化、转子设计优化、尺寸优化设计、最优结果计算分析这几项高速永磁发电机的设计优化过程,希望能够为微型涡喷发动机设计水平的发展提供助力。     

混合陶瓷球轴承在微型涡喷发动机中的应用

以WP25微型涡喷发动机为研究对象,对混合陶瓷球轴承在微型涡喷发动机中的应用进行了试验研究.利用有限元计算与试验验证相结合的办法,确定了转子的临界转速范围;指出混合陶瓷球轴承在高温、高速条件下的失效形式以表层金属脱落为主,同时提出了改进措施,为混合陶瓷球轴承在微型涡喷发动机中的应用提供了参考依据.     

三相同步发电机的瞬态短路有限元分析

针对三相同步发电机瞬态短路带来的影响,采用电机优化设计软件Maxwell完成对同步发电机的仿真分析。首先用磁路法设计软件Rmxprt进行设计,获得绕组电阻值以及端部漏感;然后再用有限元分析软件Maxwell2D构建了同步发电机突然三相短路的仿真模型,并对同步发电机的电流和电磁转矩在短路期间进行仿真研究,从而为电机的优化设计提供必要的理论依据。     

基于支持向量化与混沌搜索的新型直线电机参数优化

以一种新型圆筒直线电机为研究对象,推导出了适合其结构特征的电磁方程;采用变分方法,建立了电机轴对称涡流场的有限元模型;通过仿真计算,得出了电机的启动推力和电流;样机试制和输出性能测试表明了有限元模型的正确性.基于正交和随机混合试验设计方法安排有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间;通过支持向量机对结构参数与计算结果的输入输出关系进行非参数回归建模,然后用混沌搜索方法对回归函数进行优化,得出最优目标结构参数.有限元仿真验证表明,基于支持向量机和混沌搜索的优化方法用于研究新型直线电机电磁结构参数是可行的.     

基于SVM和遗传算法的新型直线电机结构参数优化

建立了一种新型圆筒直线电机的有限元模型,并验证了有限元模型的正确性。基于正交和随机方法安排了有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间。进一步采用支持向量机回归建模方法,建立了直线电机的非线性数学模型,而后采用遗传算法进行了直线电机结构参数多目标优化,得出最优结构参数组合。有限元仿真验证表明,基于支持向量机和遗传算法的优化方法用于研究该种新型直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

无人机涡喷发动机减速器齿轮三维有限元分析

建立某无人机用涡喷发动机减速器齿轮系的三维有限元模型和齿轮啮合模型,利用该模型进行了瞬态模拟计算,得到了电机齿轮与小齿轮、大齿轮与主传动齿轮啮合过程的瞬态应力分布和安全系数,为减速器齿轮系结构的设计和分析提供了理论依据。该齿轮系已成功应用于某型涡喷发动机的减速器,强度满足要求,这种基于ANSYS的三维瞬态有限元分析可为其它齿轮传动结构的分析提供借鉴。     

一种磁悬浮平面电机多目标优化方法

在磁悬浮平面电机的设计过程中,为了实现更大的电机推力系数以及更小的电机功耗及成本,需要对电机的相关尺寸参数进行优化。在多目标优化方法的基础上提出了一种针对磁悬浮平面电机尺寸的优化方法。为了实现优化结果的精确性以及优化过程的高效性,采用高精度磁力数值模型对电机所产生磁力进行计算。该数值模型基于磁荷节点法,运用高斯积分求解磁力。在此基础上,智能优化粒子群算法被用来搜索最优的磁悬浮电机尺寸参数。通过有限元仿真软件COMSOL■和边界元软件Radia~(TM)对该优化方法及已有的磁悬浮电机优化方法进行仿真分析,验证了该优化算法的准确性和有效性。此外,通过将仿真结果与实测结果进行对比,进一步说明了该优化算法的可靠性和可行性。     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

基于动态系数法的微型涡喷发动机实时建模

利用时域法系统辨识获得了发动机一系列稳态点附近的转速-燃油量稳态特性和动态特性,通过插值算法获得了全范围稳态关系和加速度系数,采用动态系数法建立了发动机全范围实时模型。该模型结构简单,运算量较小,实时性好。仿真试验表明：该模型可以较好地反映微型涡喷发动机的稳态特性和动态特性,与试验数据相比,模型的稳态点误差不超过1%,过渡过程误差不超过6%,可用于微型涡喷发动机的容错控制。     

电磁旋转涡流制动特性分析和力矩模糊控制方法研究

运用理论分析法和有限元计算方法,研究电磁旋转涡流制动器的制动特性。介绍制动器的基本结构与工作原理,并结合磁路分析法与分层理论,推导出制动盘中的涡流密度及涡流损耗公式,解析得到制动力矩的理论公式。结果显示,制动力矩同线圈匝数及励磁电流乘积的平方成正相关,而且受气隙长度、制动盘厚度、电磁材料的磁导率与电导率影响;建立旋转涡流制动器的三维有限元模型,验证了理论结果的有效性,并进一步研究制动器的几何参数与电磁参数对制动特性的影响规律,得到适用于列车紧急制动工况的制动器参数;根据制动特性曲线建立制动器的参数模型,设计了模糊控制器以改善高速区间内列车制动的平稳性。所提出的制动力矩理论推导、制动特性分析及控制器设计方法可以为涡流制动器的总体设计及优化研究提供借鉴。     

高精度热缩夹头温度场数值模拟

依据电磁场理论,建立了高速精密热缩夹头的温度场模型,利用有限元分析软件ANSYS进行了温度场数值模拟,对规格为φ16的热缩夹头进行了感应加热温度测鼍实验,实验数据与模拟分析有较好的吻合,为揭示高精度热缩央头感应加热规律、进行高精度热缩夹头的开发及其参数优化提供了理论依据.     

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮（AFMPMG）存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG（DEM-AFMPMG）结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当（气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%）,但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。     

基于BCJ本构模型的高速切削过程数值模拟

在高速切削过程数值模拟中,材料本构模型影响着数值计算精度。基于有限元软件Abaqus平台,引入基于位错动力学的BCJ本构模型,实现铝合金高速切削过程更为精确计算。研究了BCJ本构模型嵌入Abaqus的关键技术及其高速切削过程有限元模型建立方法,完成了铝合金6061-T6直角高速切削过程模拟,对比分析了基于BCJ本构模型和JC本构模型的差异。结果表明,数值计算结果与文献数据具有良好的一致性,BCJ模型能够更全面准确地描述高速切削过程中材料的动态性能,进而说明文中基于BCJ本构模型的高速切削数值计算是可靠的。     

汽车车架结构的拓扑优化设计

采用有限元分析和结构拓扑优化设计相结合的方法,依据汽车车架的结构受力特性及其材料的性能要求,建立了优化数学模型.在此基础上,基于弯曲板的应力灵敏度分析和性能指标,构建了应力约束下车架拓扑优化准则.最后,开展了车架结构的仿真设计,并得到了合理的结果.     

Characteristic verification and parameter optimization of airbags cushion system for airborne vehicle

Abstract： The major methods to investigate the airbags cushion system are experimental method, thermodynamic method and finite element method （FEM）. Airbags cushion systems are very complicated and very difficult to be investigated thoroughly by such methods For experimental method, it is nearly impossible to completely analyze and optimize the cushion characteristics of airbags of airborne vehicle because of charge issue, safety concern and time constraint. Thermodynamic method fails to take the non-linear effects of large airbag deformation and varied contact conditions into consideration. For finite element method, the FE model is usually complicated and the calculation takes tens of hours of CPU time. As a result, the optimization of the design based on a nonlinear model is very difficult by traditional iterative approach method. In this paper, a model based on FEM and control volume method is proposed to simulate landing cushion process of airborne vehicle with airbags cushion system in order to analyze and optimize the parameters in airbags cushion system. At first, the performance of airbags cushion system model is verified experimentally. In airdrop test, accelerometers are fixed in 4 test points distributed over engine mount, top, bottom and side armor plate of hull to obtain acceleration curves with time. The simulation results are obtained under the same conditions of the airdrop test and the simulation results agree very well with the experimental results, which indicate the established model is valid for further optimization. To optimize the parameters of airbags, equivalent response model based on Latin Hypercube DOE and radial basis function is employed instead of the complex finite element model. Then the optimal results based on equivalent response model are obtained using simulated annealing algorithm. After optimization, the maximal acceleration of airborne vehicle landing reduces 19.83%, while the energy absorption by airbags increases 7.85%. The performance of the airbags cushion system thus is largely improved through optimization, which indicates the proposed method has the capability of solving the parameter optimization problem of airbags cushion system for airborne vehicle.     

极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究

以大型风电机组塔架为对象,开展了极端服役环境下的塔架结构参数优化设计研究。采用壁厚分段式线性变化结构对塔架进行描述,介绍了基于BEM理论的风电机组气动载荷分析方法,运用有限元仿真分析塔架结构参数与极限载荷作用下的应力以及结构参数与固有频率的关联特性,采用支持向量机(SVM)方法分别构建了结构参数与应力、固有频率的快速计算模型。以质量最小为目标,强度、固有频率和边界条件为约束对塔架结构参数进行了设计优化,引入遗传算法(GA)进行优化求解。对某2MW风电机组塔架进行实例设计研究,结果表明优化后的塔架质量减小3.5%。      

某型设备低噪声优化设计

为解决在特殊环境下电子设备噪声超标问题,以某型设备为实例,从设计顶层进行全面考量,在综合均衡散热、电磁兼容等要求的前提下,开展低噪声化的优化设计;以有限元动力学模态仿真、热学流体仿真为设计优化工具,采用理论计算与仿真模拟相结合的手段,从风机选型、风道优化、共振抑制、扰流抑制、减振安装等方面进行了系统性降噪设计与优化,降低了设备的声压级(A 声级)5. 7 dB,满足了指标要求。通过理论计算与实际测试比较,反向验证了风道优化、共振抑制、扰流抑制、减振安装等优化措施的降噪效果明显,具有一定的指导意义。     

基于响应面近似建模方法的换挡电磁阀模型构建

针对换挡开关电磁阀宽温域工况下可靠性不高的技术问题，以较高精度的多场耦合仿真模型实现参数优化为基础，开展换挡开关电磁阀的结构参数优化研究。构建了换挡电磁阀电磁场-结构场-温度场-流场多场耦合有限元仿真模型，通过电磁力测试、温度测试和流量测试分别校验了电磁场模型、温度场和多场耦合模型精度，满足优化设计所需模型精度要求；为了提高优化效率，基于响应面近似建模（RSM）方法完成了宽温域换挡电磁阀电磁力和应力近似模型构建。结果表明构建的电磁力响应面模型R2的值为0.987，最大应力响应面模型的R2值为0.992均大于0.9，近似模型满足设计要求可用于后续换挡电磁阀结构参数优选设计研究。     

飞行器结构在高强宽频噪声环境下的响应预示分析与试验研究

超高声速飞行器的动力学环境频域宽,使用有限元/边界元方法预示其振动响应存在困难。基于统计能量分析(Statistical energy analysis,SEA)理论建立某型高速飞行器声振耦合动力学模型,用理论解析和经验公式的方法确定各子系统的输入参数,以实际噪声试验条件作为飞行器SEA模型的输入激励,对飞行器舱内噪声声压级和子系统振动加速度响应进行预示,并与试验结果进行比较。结果显示,子系统振动加速度功率谱密度(Power spectral density,PSD)在中高频与试验结果基本一致,舱内声压在整个频段内误差小于3 d B,因此建立的动力学模型和采用的计算方法是可靠的,解决了有限元、边界元在中高频声振响应问题计算的局限性。通过传递路径分析寻找出舱内声场的主要来源,提出以损耗因子为设计变量的噪声控制与优化方法,利用遗传算法实现了这一非线性约束问题求解,为研究飞行器结构和复杂动力学环境以及飞行器降噪优化设计提供有效的手段。