高速电磁阀动态响应特性响应面预测模型的研究

为了更有效地进行高速电磁阀参数的设计及匹配,经常采用数值模拟方法和结合实验设计的响应面方法。在Ansoft Maxwell电磁仿真环境中建立了柴油机电控单体泵高速电磁阀的有限元模型,通过与试验数据对比,得出电磁阀关闭响应时间最大误差为2%,开启响应时间最大误差为8.7%,验证了该仿真模型的准确性。通过中心复合设计实验设计方法,制定了高速电磁阀动态响应特性实验研究方案。应用最小二乘法进行回归分析,分别得出了高速电磁阀关闭响应时间、开启响应时间的多元二次响应面预测模型。两模型的R2值、Q2值分别为0.986、0.867和0.999、0.981,且通过仿真实验验证,关闭响应时间、开启响应时间最大误差分别为5.1%、1.6%,说明了该模型能够准确预测高速电磁阀的动态响应特性,为高速电磁阀参数的设计及匹配提供了一种有效工具。     

共轨喷油器高速电磁阀动态响应试验研究

高速电磁阀是共轨喷油器关键部件,本文在动态试验台上开展了燃油液力和驱动电压对高速电磁阀动态响应影响的试验研究。研究结果表明:随着峰值电压的增加,电磁阀开启响应时间减小,但在较大的峰值电压下,峰值电压对开启响应时间改善的正面影响变弱;峰值电压持续时间在一定范围内有利于电磁阀开启响应时间的减小,但较大的峰值电压持续时间没有明显改善电磁阀开启响应时间;随着电磁铁和衔铁间燃油液力的增加,电磁阀开启响应时间和关闭响应时间均在明显增大,且开启响应时间增大明显;电磁铁和衔铁间燃油液力的存在有效抑制了球阀在落座过程中的反弹,保证电磁阀可靠关闭。     

基于CFD的喷气织机电磁阀特性分析

为了提高喷气织机引纬的效率,对电磁阀综合特性进行优化分析.首先根据电磁阀的结构特性建立电磁阀响应的仿真模型,分析动铁芯不同工作气隙宽度与开启、闭合响应时间的关系,然后利用CFD仿真方法分析电磁阀的内部流场,得出不同工作气隙下电磁阀出口流速,最后综合考虑电磁阀响应时间和出口流速,提出电磁阀优化设计的参考方案.     

电控单体泵高速电磁阀多目标优化分析

针对高速电磁阀的延迟响应会引起喷油定时失准以及循环喷油量的精度变差,进而导致柴油机排放超标及油耗增加等问题,本文开展了电磁阀结构多目标优化与分析,最终可以达到电磁阀延迟响应最小化的目的。本文应用AMESim软件建立电控单体泵仿真模型,经过实验验证了模型准确性。通过实验设计的方法对影响电磁阀响应延迟的关键参数进行预测。得出关键影响参数:衔铁残余气隙、弹簧预紧力、锥阀半锥角、阀杆直径及锥阀直径。应用多目标多学科优化平台mode FRONTIER,采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以电控单体泵高速电磁阀开启、关闭响应延迟时间作为目标建立多目标优化模型。优化结果显示:关闭延迟时间减小了6%,开启延迟时间减小了17.7%,喷油压力峰值增大0.62 MPa,有利于进一步提高循环喷油量控制的精确程度。     

高速电磁阀静态电磁力数学模型

为研究高速电磁阀电磁力特性,进行了磁性材料B-H磁化曲线拟合公式的研究,提出了计算精度高且形式简单的B-H曲线拟合公式,并利用B-H曲线试验数据验证了提出的拟合公式的正确性。以磁导率为电场-磁场耦合的桥梁,建立了考虑磁性材料磁化特性的高速电磁阀静态电磁力数学模型,同时进行了两种不同气隙下电磁力的试验研究,试验数据和仿真结果的误差在10%以内,这证明了所建立的数学模型的正确性。研究结果表明:在进行高速电磁阀数学模型建立时,软磁材料磁阻和气隙磁阻共同决定高速电磁阀的电磁力特性。     

永磁屏蔽式耐高压高速开关电磁铁

为了提高电磁力、加快响应速度,提出一种永磁屏蔽式耐高压高速开关电磁铁,采用NdFeB稀土永磁材料作为磁屏蔽元件,减少漏磁并加快了动态响应.基于有限元方法建立电磁铁的动态数学模型,并通过实验进行验证,实验与仿真基本吻合,响应误差为3.2%,验证模型的有效性.在此基础上,对该高速开关电磁铁进行动态仿真,探讨永磁体长度、厚度、激磁方向,盆口高,耐压环厚度,隔磁片长度,前隔磁角和后隔磁角等结构参数对响应时间的影响规律.结合实际设计要求,结果表明,采用优化后的结构参数研制的永磁屏蔽式耐高压高速开关电磁铁在0.6 mm行程时的响应时间为2.20 ms.     

电磁阀开启过程动态响应特性有限元仿真研究

军工、汽车等行业对电磁阀的动态特性各项指标要求越来越高,而设计和开发快速、精确的电磁阀动态特性测试系统成本高、难度大。利用有限元方法,通过计算机仿真实现了对电磁阀设计方案的动态性能的预测与评估。首先,采用Ansoft Maxwell软件建立了某电磁阀的二维电磁场有限元仿真模型,计算电磁阀开启过程的动态响应特性,得到了其工作电流曲线等各种动态特性曲线。最后,进行变参数化设计,进一步研究了初始间隙、驱动电压、线圈匝数等参数对电磁阀开启过程动态响应特性的影响。结果表明,基于Maxwell的电磁阀动态特性有限元仿真能够在计算机上实现电磁阀开启过程动态特性的快速预测并分析评估电磁阀的各个主要设计因素对其动态响应的影响。     

基于Kriging模型的某轿车前轮阻风板优化

将数值优化方法和CFD仿真结合,对某轿车前轮阻风板进行了优化.以前轮阻风板的高度和安装位置为变量,通过DOE拉丁试验方法选取了20组样本点.利用CFD仿真得到各样本点的响应值,由响应值建立Kriging近似模型.在验证了近似模型的可信度基础上,通过多岛遗传算法对近似模型进行全局寻优.优化结果表明:在不增大升力的前提下,前轮阻风板最多可将气动阻力由827.4 N降到792.4N,降幅为4.23%.若阻力、升力的权重分别设为0.85和0.15,气动阻力降为796.8 N,降幅为3.70%;气动升力降为382.6 N,降幅为6.55%.     

基于iSIGHT的薄壁方管抗撞性尺寸优化

针对薄壁方管的抗撞性尺寸优化问题,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成HyperMesh和ANSYS／LSYNA,建立优化设计仿真流程及平台,运用拉丁方方法进行DOE分析与优化设计研究．在此基础上,建立Kriging近似模型,以比吸能最优为优化目标,采用多岛遗传算法对建立的近似模型进行优化,并在优化的过程中生成新的设计点更新近似模型,提高模型精度．优化计算过程表明,上述方法提高了优化设计的效率,最终优化结果不仅满足结构吸能的要求,也满足轻量化的要求．     

基于响应面与遗传算法的液力透平叶轮优化设计

建立了基于试验设计、响应面近似和遗传算法优化的液力透平叶轮优化设计方法。通过ANSYS CFX数值模拟得到其外特性,原始模型数值计算结果与试验结果外特性吻合较好。以设计工况下的水力效率和扬程为目标函数,利用响应面方法(RSM)分别得到设计参数与目标函数之间的显式表达式,采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到最优叶轮参数组合。优化后水力模型效率提高3.2%。结果表明,响应面方法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的优化方法适用于液力透平叶轮的优化设计。     

FSAE方程式赛车的操纵稳定性仿真

利用Adams View模块建立了某FSAE赛车的整车动力学模型,并根据国标利用Script仿真模拟了稳态回转试验和方向盘角阶跃输入下的瞬态响应2个操纵稳定性试验,得出了必要的仿真曲线并分析了赛车的稳态和瞬态响应特性。结果表明赛车的稳态回转特性在侧向加速度小于0.4g时表现为良好的轻微不足转向,大于0.4g时不足转向逐渐减小直到出现过多转向;瞬态响应的超调量和稳定时间比较小,说明响应平稳迅速,而响应时间和峰值响应时间略大,应适当调整阻尼比和固有频率以提高赛车的性能。     

气动先导式高压电磁阀的动态特性仿真研究

对先导结构和主阀芯设计为一体的先导式高压电磁阀进行了仿真分析。根据牛顿第二定律建立该电磁阀的运动方程;针对该阀电磁模块的特点,建立电磁铁的动态模型;以固定容积同时充放气模型为基础,建立气隙腔压力变化微分方程;以电磁阀运动方程为基础,运用Matlab/Simulink实现了具有两段位移的先导式高压电磁阀的动态特性仿真分析。仿真结果表明:对电磁阀气路中的气隙腔模块进行优化,可提高先导小孔泄压过程中压力平衡的建立速度,从而提高电磁阀响应速度。     

基于L0范数约束非相邻系数FIR数字滤波器设计

传统有限冲击响应滤波设计时,均默认滤波器系数相邻。该文提出了采用L0范数约束的非相邻系数有限冲击响应滤波器设计模型,保持其线性相位特性,通过增加滤波器设计的自由度,以少量的系统延时为代价来提高滤波器性能。并采用遗传算法来解该非凸优化模型,进一步推导出近似解的求解方法,降低了算法复杂度。计算机仿真结果表明,在相同的阶数下,该滤波器模型较传统模型有更小的逼近误差。     

静电驱动MEMS扭转微镜系统的分岔与吸合

建立了静电驱动的双下极板MEMS扭转微镜系统的动力学模型方程,通过其状态空间方程的数值解,在相空间对静态及动态的分岔现象、吸合特性进行分析,并利用哈密顿函数法在阻尼为零时与相空间分析结果进行了对比验证.研究表明,双下极板扭转微镜系统中观察到的鞍结分岔、叉式分岔与系统的吸合失稳之间有明显的对应关系;在对系统动态特性分析的过程中,随阻尼变化观察到动态霍夫分岔;微镜系统动态吸合电压总小于静态吸合电压,且随阻尼、电压比升高;动态吸合电压随阻尼增大并最终接近饱和,饱和值为静态吸合电压;在相同的驱动电压下,最大偏转角随阻尼的升高而降低.研究方法和结论对静电驱动的扭转微镜系统的分析有借鉴作用.     

等截面钢板弹簧动态特性分析及试验研究

为探索汽车钢板弹簧的加载频变与幅变对其动态特性的影响,采用ANSYS数值仿真方法建立了钢板弹簧的有限元模型,并对钢板弹簧的刚度特性进行了分析。利用台架试验方法验证了ANSYS数值仿真方法的有效性。研究结果表明:当加载频率不变时,汽车钢板弹簧的动态刚度随加载位移幅值的增大而减小;当加载位移幅值不变时,其动态刚度随加载频率的增大而减小。     

中开多级离心泵效率优化计算方法

对离心泵水力效率及高效区相对宽度的优化计算方法进行研究,在水力损失模型的基础上提出基于近似模型的多目标优化计算方法. 以中开多级离心泵的优化设计为例,基于水力损失模型进行设计变量灵敏度分析,选出关键设计变量. 分别利用水力损失、完全二次响应面（RSF）、径向基高斯响应面（RBF）和克里金响应面（KRG）4种近模型优化离心泵的关键设计变量,分析4种效率优化计算方法的精确性和有效性. 结果表明：基于理论公式计算的第1种优化方法耗时少,但结果误差较大;后3种优化方法基于计算流体动力学（CFD）数值仿真分析,结果准确,其中RSF模型的结果最精确且计算时间较短. 比较3种不同近似模型的计算精度,RSF的计算结果最精确,RBF结果次之,KRG结果最差. 在设计流量下,基于RSF的Pareto最优解的扬程为83.77 m,效率为77.26%,基于RBF的Pareto最优解的扬程为83.09 m,效率为76.63%.     

考虑卡西米尔力的微纳镜扭转弯曲耦合模型

为了研究卡西米尔力对静电驱动微纳镜的影响,文章建立了考虑卡西米尔力的微纳镜扭转弯曲耦合模型的归一化参数方程.通过数值解分析了归一化参数之间的关系,并与纯扭转模型进行对比.结果表明:忽略悬臂梁的弯曲变形,会导致微纳镜的吸合参数的值比实际值大,造成较大的误差;卡西米尔力的存在能够明显的减小微纳镜的归一化吸合角、归一化吸合电压和归一化吸合垂直位移;卡西米尔力对微纳镜归一化吸合参数的影响还与卡西米尔力影响因子有关,影响因子越大对吸合参数的影响越明显;若驱动电压为零,卡西米尔力的存在可能会导致微纳镜发生吸合.研究方法和结论为扭转微纳镜的设计和应用提供指导.     

电磁驱动微器件动态吸合特性分析

电磁驱动微型器件的吸合特性一般是基于准静态假设进行分析,所建立的模型与实际开关工作过程有偏差,因此建立更接近其实际工作情况的动态吸合模型,有助于指导开关器件的设计与控制．在忽略阻尼且考虑磁芯磁阻的情况下,以能量法为基础分析了阶跃磁动势驱动时两种器件的动态吸合特性．结果表明: 竖直式结构的动态临界吸合位移值是准静态值的1.5倍,其产生动态吸合现象所需的阶跃磁动势幅值为准静态模型的91.9％; 旋转式结构的动态临界吸合角度值比准静态模型值大29％到46％(随磁芯磁阻减小而增大),所需的临界阶跃磁动势幅值为准静态模型的91.2％．     

基于Kriging模型的离心叶轮结构优化设计

研究了以减重为目标的航空发动机离心叶轮结构优化问题,将Kriging模型与遗传算法相结合,应用拉丁方试验设计和有限元分析生成初始样本数据,利用初始样本数据建立离心叶轮重量和最大应力等状态参数的Kriging模型,运用遗传算法对该Kriging模型在设计空间进行全局寻优,利用有限元分析方法计算近似最优设计点的状态参数,并以此更新已有的设计样本数据,不断提高Kriging模型的近似精度。计算结果表明,基于Kriging模型-遗传算法的离心叶轮结构优化设计方法不仅可以获得良好的优化结果,比直接用遗传算法寻优减少了大量计算时间,提高了设计效率,同多项式模型-遗传算法相比也有效率优势。     

HCPE连杆优化设计的响应面近似方法研究

为提高设计效率和实现液压约束活塞发动机（hydraulicconfinedpistonengine,HCPE）协同优化,对HCPE连杆优化设计的响应面近似方法进行研究,建立了HCPE连杆优化设计的响应面二阶模型,并对连杆响应面二阶模型计算结果与有限元分析结果进行比较,结果表明,误差较小,在5％以内。通过优化,与原始体积相比,连杆体积减小了约20．03％。运用响应面近似方法可缩短计算时间,降低计算成本,为HCPE协同优化提供了理论依据。