蒸汽管道保温优化设计研究

建立蒸汽管道双层保温结构导热与散热模型,并在此基础上建立了以最经济性为优化目标的双层保温结构的优化模型.根据选定的保温层材料和与之相关的给定的计算参数,利用优化软件进行求解.将双层保温结构(SiO2气凝胶和岩棉)的优化结果与单层保温结构(分别为SiO2气凝胶和岩棉)的优化结果进行了对比,得到双层保温结构在成本上具有更大的优势的结论.根据优化结果得到了蒸汽管道的双层优化保温结构.     

非对称陶瓷膜管渗透性能的CFD模拟研究

陶瓷膜因其化学稳定性好、机械强度大等优点得到广泛应用。计算流体力学(CFD)的快速发展使得计算模拟成为研究和优化陶瓷膜管结构性能的有效手段。为了优化非对称结构陶瓷膜管的结构和操作参数,对其渗透性能进行了CFD计算模拟。针对非对称结构陶瓷膜管的膜层和过渡层的厚度在10 μm级的特点,采用Navier-Stokes方程和Darcy定律来分别描述膜管内和膜多孔介质内的纯水流动,利用多孔介质模型描述膜管的主体支撑层,用多孔跳跃边界简化膜管的膜层和过渡层,利用Konzey-Carmen方程对膜元件各层的渗透率进行估算。计算结果与实验值吻合较好,为优化陶瓷膜管的通道结构提供了便捷的工具。     

复合材料等网格圆筒结构刚度的优化设计

建立了复合材料等网格圆筒结构的等效刚度公式,结合等网格圆筒结构的质量公式、层合板理论和强度约束条件,讨论了等网格圆筒结构肋条参数的优化问题.计算结果表明,螺旋肋条的螺旋角(o)的最佳取值为π/6;确定了肋条宽度与肋条间距比b/a和肋条高度H的取值区间.     

考虑稳定性的复合材料加筋板结构快速化铺层优化设计

利用铺层参数和工程常用铺层库对复合材料加筋板的铺层顺序进行优化,在不改变结构重量的情况下提高结构的初始屈曲载荷。考虑到在优化过程中需进行稳定性分析计算,而频繁调用有限元计算时间较长,因此选取屈曲载荷计算值与试验值和有限元结果相近的基于能量法的复合材料加筋板稳定性快速分析方法。优化过程以铺层参数为设计变量,利用MATLAB优化工具箱实现铺层参数的优化;然后将优化结果与工程常用铺层库中各铺层的铺层参数进行对比,用最小二乘法选取相近的铺层顺序进行匹配;最后利用能量法和有限元方法验证优化后的加筋板屈曲载荷是否提高。算例表明,上述优化方法运算时间短、优化效率高,优化后的加筋板屈曲载荷提高了17%以上。     

蜂窝夹层结构反推力装置移动外罩外壳体铺层优化设计与失效分析

为减轻大涵道比涡轮风扇发动机反推力装置的质量,对反推力装置蜂窝夹层结构移动外罩外壳体进行了铺层的优化设计和失效分析。整个研究过程分为以下3个步骤:(1)利用数值计算得到移动外罩外壳体的气动载荷;(2)利用有限元分析软件Nastran和复合材料结构分析与优化软件Hyper Sizer对数值计算得到的载荷下的反推力装置移动外罩外壳体进行铺层的优化设计,得到质量比原始方案降低35%的反推力装置移动外罩外壳体铺层优化方案;(3)基于剪切皱曲失效理论对优化后的反推力装置移动外罩外壳体进行失效分析。结果表明:质量降低35%的反推力装置移动外罩外壳体可以承受反推力装置的工作载荷,当载荷超过711.9 N/mm时,外壳体首先出现剪切皱曲失效。     

面向方程联立求解的精馏塔模拟与优化一体化算法

在精馏塔机理模型的基础上,提出了面向方程联立求解的精馏塔模拟与优化一体化算法.精馏塔模型方程的特殊结构使得可以进行一定的变量分解和降维,采用面向方程联立求解的技术,使模拟计算和寻优搜索在同一层迭代中完成,避免了双层法每一步优化搜索都需进行模型收敛计算的缺点.从而大大提高了计算效率.同时,这样的联立法提供了一种开放式的统一框架.无论是模拟计算、操作优化还是设计优化都可以毫无困难地利用这个灵活的计算结构进行解算.文中用两个计算实例说明了这个方法的有效性.     

钢包底工作衬的热应力分布及结构优化

运用有限单元法 ,计算了几种典型的钢包包底结构的应力分布。计算结果表明 :整体浇注式包底的应力水平比砌筑式包底的高 ;包底工作层增加中档预制件可有效降低包底应力水平。在此基础上 ,提出了一种优化后的包底结构。计算结果和现场试验表明 ,优化后的包底结构降低了包底的热应力 ,提高了包底工作层的使用寿命     

精馏塔联立优化的简约空间SQP算法

引言采用面向开放式方程的联立算法求解精馏塔优化问题,可以使模拟计算和寻优搜索在同一层迭代中完成,避免了双层法每一步优化搜索都需进行模型收敛计算的缺点,从而可以大大提高计算效率．而且原则上可任意指定自由变量．无论是模拟计算、操作优化还是设计优化都可以利用这个灵活的计算结构进行解算.高效、可靠的非线性约束最优化算法是实现精馏塔联立优化的关键．在流程模拟和过程系统优化中,序贯二次规划法（SequentialQuadraticProgramming,SQP)因其较高的计算效率而被广泛应用．SQP算法中,每一个迭代步都需要求解一个QP子问题…     

中空FRP踏板

日本宇部日东化成公司靠自己的拉拔成型技术(热塑性树脂被覆拉拔成型法)开发了新的FRP制品.与普通的拉拔成型相比,热塑性树脂包覆代替了金属模.由于消除了硬质金属模产生的拉拔阻力,能高速生产,便于制造小孔径的FRP制品.另外还具有可进行包覆的异形加工,对未硬化的绳股还可加工成绳和网等.此复合管是以ABS树脂管为芯并设有FRP层和表面包裹树脂层等三层结构的FRP管.三层都牢固地粘结在一起,具有重量轻、强度高、刚性好等特征.     

某电磁弹射无人机复合材料机翼结构优化设计与分析

无人机已经成为航空领域重要成员之一。在无人机初步设计阶段,为减轻其结构重量,采用复合材料设计。复合材料在比强度和比刚度以及抗振和加工制造等方面优于其他传统材料,在无人机结构中得到了广泛的应用。由于复合材料层合板在生产加工过程中具有可设计性,在复合材料中已经成为使用最多的一种结构形式。以某型号电磁弹射无人机机翼为研究对象,建立了复合材料机翼结构的有限元模型,将机翼的结构重量作为优化目标,以机翼翼尖挠度和复合材料失效因子为约束条件,应用工程优化软件对复合材料翼面结构进行自由尺寸优化,整个优化过程需同时满足机翼强度及刚度要求。最终自由尺寸优化结果表明,复合材料的铺层比例和厚度分布在优化后得到了重新设计,比较之前的结构方案,优化后的铺层设计能够有效降低机翼结构质量,实现减重的优化目标。