基于神经网络＆NURBS技术的叶片优化设计研究

应用流行的神经网络技术与先进的几何描述方法NURBS技术，对某两级风扇进行优化改型设计，特别针对于转子2的根部截面进行优化，通过对优化前后的转子2以及两级风扇的流场气动结构与特性的对比分析表明，该优化设计方法确实可行，具有一定的先进性，能够改善叶轮机械的整体气动特性，可以为叶轮机械的优化设计提供一种新的途径。     

基于径向基神经网络的风力机叶片铺层优化

采用混合均匀试验设计法细化铺层参数,确定试验方案,仿真叶片的Tsai-Wu失效因子和最大位移;根据分析结果,构建具有预测能力的径向基神经网络模型,通过计算网络预测值与仿真分析值误差、均方差与均方根值,验证网络模型的可靠性;在完成训练的径向基神经网络中应用遗传算法,径向基神经网络预测值作为遗传算法的输入,对铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序进行迭代求解,获得优化的铺层参数组合。实例表明:优化后叶片的刚度、强度得到改善,验证了方法的可行性和有效性。     

基于叶片弯掠技术的优化设计

在三维粘性流场的数值计算程序平台上,利用BP神经网络和遗传算法,通过叶片弯掠技术对一轴流风机的转子叶片的周向弯曲角度进行寻优,以使风扇的气动性能进一步提高。通过对比优化前、后的叶轮发现,优化之后的叶片呈现明显的周向前弯曲特征。测试结果显示,其全压和气动效率分别提高了3.56%和1.27%,失速裕度大幅度拓宽36%以上,上、下端部的损失进一步降低。     

基于BP神经网络和分解技术的汽轮机叶片可靠性反求设计

汽轮机叶片可靠性反求设计旨在确定叶片未知概率设计参数以满足给定的可靠度要求.针对叶片功能函数为随机变量隐性函数的情况,提出了基于有限元、BP神经网络和分解技术的可靠性反求设计方法,该方法将有限元和BP神经网络相结合以构造功能函数与随机输入变量之间的近似解析表达式,运用分解技术,将求解随机设计参数的全局优化问题分解为主问题和子问题,通过子问题直接调用标准优化工具箱得到可靠性指标,并运用分解迭代技术对主问题求解,从而得到随机设计参数及目标可靠性指标对各随机变量的敏感性.以某实验台汽轮机等直叶片为例,阐述了该方法的具体实施过程.该方法数学描述简单,并可直接应用标准优化程序,成功地解决了隐性功能函数下叶片可靠性反求设计,具有较好的工程应用价值.     

基于DMO的风力机叶片细观纤维铺角优化设计

为进一步发挥复合材料铺层参数的可设计性潜力,提出融合离散材料优化法与遗传算法的叶片铺层角度优化方法.构建以细观单元铺层角度为设计变量、刚度最大为目标函数、应力最小为约束条件的叶片细观纤维铺层角度优化数学模型.应用Python语言编写算法求解程序,并与Abaqus软件交互进行求解,得到叶片各单元各层优化的铺层角度、铺层顺...     

基于FAST和Simulink的海上风力机叶片扭角和弦长优化设计研究

基于粒子群算法编写风力机叶片优化程序,利用Matlab/Simulink接口嵌入到FAST主程序之中实现叶片优化程序与FAST之间的交互,以实现风力机最大发电功率为优化目标,完成风力机叶片气动外形的自动寻优。该方法可考虑实际海况及风力机搭载平台对叶片优化结果的影响,可同时考虑风向分布对优化结果的影响。NREL 5 MW风力机低风速下的优化结果表明,经过优化后的风力机功率提高1.5%。当考虑实际风力机布置海域风向分布情况时,加权优化结果表明风力机最大功率可提高3.8%。     

基于相变量的风力机叶片宏观拓扑优化设计

不同复合纤维布和软夹芯材料的空间布局将产生不同的叶片结构性能和质量，为最大程度发挥材料空间布局的设计潜力，提出基于相变量的叶片宏观拓扑优化方法。基于独立连续映射法，建立以单元伪密度为设计变量、强度为约束、质量最小为目标函数的叶片多相材料拓扑优化数学模型，以修正的满应力设计方法和关系映射反演原则相结合的算法进行求解，通过Abaqus-Python-Matlab联合平台实现优化。以1.5 MW叶片为例，得到复合纤维和软夹芯材料的优化空间布局，基于等代设计法调整不规则区域。结果表明：优化后叶片的强度满足要求且质量明显减小，验证了方法的有效性和可行性。     

轴流压气机多叶片排的气动优化设计

对某多级轴流压气机前三排叶片径向积叠方案进行了气动优化。该方案以商用软件iSIGHT作为平台,利用试验设计方法对整个搜索空间进行初步探索,采用逐次序列二次规划算法进行局部寻优,利用商业软件NUMECA进行粘性流场数值评估。对压气机全工况性能的计算表明,在流量和压比不减少的情况下,优化后的叶型设计工况和非设计工况性能均得到了改善。     

基于遗传算法的风力机叶片优化设计

提出了多次迭代优化设定诱导因子初始值的方法,并以功率输出和年发电量最大为优化目标,在遗传算法的基础上对1.5MW风力机叶片进行了优化设计.为了改善风力机在低风速区域内的输出功率特性,对风轮转速进行了优化.结果表明:优化后,风力机叶片的弦长值得到大幅度的降低,达到额定风速后的功率输出情况也满足了定桨距风力机的功率控制要求,说明该优化方法可以加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解;转速优化后,当风力机采用二级转速运行时,年最大输出功率比采用单一额定转速运行时可提高1.16%.     

基于神经网络的锅炉优化燃烧技术

为了提高锅炉燃烧效率,降低火电机组发电能耗,减少温室气体的排放。通过采用神经网络技术建模的锅炉优化燃烧技术,并用遗传算法寻优以调整锅炉燃烧的风粉配比等控制参数,实现锅炉燃烧工况的动态最优运行,较好的克服了传统试验法指导燃烧调整的缺点,解决了燃煤机组煤炭来源不稳定,在偏离设计煤种工况下运行而导致的锅炉燃烧效率低,煤炭消耗及氮氧化物高的问题。通过试验证明该技术可以优化锅炉的运行工况,提高锅炉效率,降低氮氧化物的排放,具有较高的应用价值和广阔的应用前景。     

基于非均匀有理B样条曲面重构汽轮机扭曲叶片

为了准确高效地构造汽轮机叶片曲面,采用三次非均匀有理B样条拟合叶片表面.分别采用向心参数法和累积弦长参数化法计算叶片横截面和纵向的节点矢量,根据求得的控制顶点网格和节点矢量建立叶片精确的数学模型,并给出其矩阵表达形式.经实例验证表明:所建立的叶片数学模型完全满足精度要求,对提高叶片的设计质量和进行叶片动力特性分析具有实用价值.     

基于NURBS曲线的离心透平叶型设计

针对离心透平的环列叶栅叶型,采用四段三次NURBS曲线(非均匀有理B样条曲线),分别对前缘圆弧、尾缘圆弧、叶背、叶盆进行参数化表达,环列叶栅叶型的设计自由度为14个,可灵活进行局部调整。采用高精度流场模拟方法,基于优选法,获得气动性能较高的设计参数。结果表明上述方法简单易行,优选出的离心透平级设计工况及变工况气动性能都得到了显著提升,与已有文献相比,单排静叶总压损失系数降低18.85%,整级轮周效率提高4.08%,动叶叶片数也减少17个。     

蒸汽透平高压级扭叶片的气动优化设计

提出了一种实现截面局部扭转、控制喉部面积的扭叶片参数化造型方法.用控制喉部面积替代流量约束,对某蒸汽透平高压级动叶进行了气动优化设计;另一方面以流量差异和气动效率为目标函数,采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行了多目标并行优化设计.两种方法的结果吻合较好.结果表明,本文的优化方法是有效的,扭积叠造型有助于提高蒸汽透平高压级的气动效率.     

整机环境下的风扇_增压级叶片气动优化

采用自主研发的三维粘性气动优化设计平台对某双涵道风扇/增压级进行了气动设计优化;采用NURBS技术对该风扇/增压级各排叶片进行了参数化造型,包括二维叶型的参数化表达以及基选线的弯、扭联合造型;采用NUMECA商用软件进行了风扇/增压级三维内外涵联算作为气动性能评估指标;基于该风扇/增压级三维内外涵联算,采用iSIGHT优化软件对风扇/增压级各排叶片进行了气动优化设计.在整机流量降低0.342 8%的情况下,内涵增压级效率提高了1.43%;对风扇优化,在整机流量基本不变的情况下,整机效率提高了1.566%,并扩大了增压级的稳定工作范围.     

水利水电规划方案优选的人工神经网络方法

基于前馈人工神经网络的基本原理建立了水利水电规划方案优选的神经网络模型，并提出了基于该模型的样本处理方法。在此基础上对桑郎河梯级开发方案进行了优选，结果证实了该方法的有效性和合理性。     

汽轮机叶片的建模及插补算法研究

为提高汽轮机的工作效率,汽轮机叶片的表面通常是设计成扭曲的变截面曲面,叶片形状十分复杂,因此,汽轮机叶片的精确几何造型对保证叶片加工质量十分重要。进行汽轮机叶片数学建模和数控插补算法研究,根据图纸数据对汽轮机叶片进行基于NURBS曲线和曲面的反求计算,建立了汽轮机叶片的精确数学模型。针对叶片高速高精度数控加工的要求,以叶片数学模型为基础,建立叶片截面的NURBS曲线组,利用MATLAB编程仿真,验证了采用不同插补算法进行叶片数控加工的适应性。     

基于NURBS的发动机缸盖气道外壁构建

在CAD软件中基于NURBS理论对发动机缸盖气道外壁进行构建,截取原气道截面线并偏移截面线,抓取偏移截面线节点建立B样条曲线,选取四条边界B样条曲线并定义内部控制曲线生成外壁曲面,合并外壁曲面实体化生成外壁实体。     

基于密切曲率法的汽轮机叶片数控加工

为了提高汽轮机叶片数控加工的质量和效率,用2×3次非均匀有理B样条方法,建立了叶片的数学模型,推导了其三维点和法矢量矩阵表达式,实现了叶片的数字化表示。在此基础上利用密切曲率法,即采用中凹的盘形铣刀取代传统的球头铣刀,在每一次行程中,使刀具轴线绕工件的旋转轴线按特殊的规律摆动,使得在垂直于进给方向的法截面中,刀尖轨迹的包络面的法截线与理论曲面的法截线具有相同的1阶~2阶导数,从而在保持精度不变的前提下,使实际行程次数得以大幅度地减少,提高加工效率。     

风力机叶片叶根优化方法研究

利用CFD商用软件对叶根优化前后的两支叶片进行数值模拟,通过对比分析发现,叶根优化后,叶片的气动性能明显增加.考虑到叶片与轮毂、机舱、塔架的相互关系,将叶根进行适当的调整,最终使发电量增加1.5%.为机组的优化设计以及后期叶片改造提供依据.