内外轴式磁性联轴器的最优化设计

精密磁性联轴器是真空机械手的核心部件。精确分析和优化设计直接影响着真空机械手的传动性能,也避免了高昂的实验费用。对磁性联轴器的分析与设计的国内外研究现状做了评述,建立了实用的优化设计评判指标和数学模型。改进了等效磁荷法,从求解效率和求解精度两方面,将其与改进前的等效磁荷法、片电流方法和三维有限元法进行了比较。将正交实验法引入优化过程中,提出了一种实用的磁性联轴器优化设计方案。求解结果表明：改进的等效磁荷法的求解精度比原方法提高了约6％,求解效率提高了117％。片电流法求解效率极高,但误差大,比三维有限元法高约30％。通过正交实验法,仅需使用九组分析模型即可获得适合的初始参数值,结合标准的最优值搜索技术可方便获得多组最优参数设计值。该方案满足磁性联轴器优化设计的稳定可靠、精度高、方便实用等要求。     

膜片联轴器优化设计方法研究

从基于有限元结构分析的膜片联轴器优化设计两种方法对膜片联轴器优化设计方法进行了分析,得出了膜片联轴器最佳的优化设计方法。基于ANSYS/Workbench平台的优化设计模块用来对挠性膜片联轴器进行优化设计,可以最快速度获得多个设计参数的最优组合,从而得到某一工况下的膜片联轴器最佳结构设计。     

轻小型无人机云台机电多目标优化

轻小型多旋翼无人机云台是一种复杂机电伺服系统,要求兼具轻质量与快响应等机电特性。本文针对传统方法在机电伺服系统中设计的不足,以轻小型多旋翼无人机云台为研究对象,提出一种针对系统带宽的机电多目标优化设计方法。方法中,系统结构部分通过灵敏度分析得到7个尺寸设计参数,并以一阶模态和质量为目标进行优化;系统控制部分以速率环和位置环控制器参数为设计变量,并以上升时间、调节时间和绝对积分误差(Integral Absolute Error,IAE)为目标进行优化。在优化设计中,将近似模型与多目标遗传算法相结合,以降低优化复杂度、并提高优化效率及全局寻优能力。对方法进行仿真分析,结果表明:相比初始结构系统和控制系统模型,采用机电多目标优化设计方法后,结构部分质量降低了8.8%,控制部分IAE型积分误差、调节时间及上升时间等主要性能参数分别降低了54.8%、81.9%和53.4%。最后采用锤击法对云台结构进行模态实验,实验得到的一阶模态频率与优化结果的误差为13.4%。说明提出方法可有效实现云台系统机电总体多目标优化。     

柱销联轴器的有限元分析及优化设计

利用有限元分析软件建立了柱销半联轴器的三维模型,对其进行了有限元静力学分析,得出柱销联轴器的受力和变形情况。依据有限元的计算结果,采用目标驱动优化方法,以质量为优化目标对柱销半联轴器进行了优化设计,优化后质量减轻27.14%,为柱销联轴器的设计提供了参考。     

拓扑及参数优化方法在专用汽车车架结构设计中的应用

提出了将拓扑优化理论和结构参数优化方法综合应用于集装箱半挂车车架结构设计中的设计思想。在结构设计的开始阶段引入拓扑优化理论．先对结构进行布局优化,以获得较合理的初始结构方案,再通过结构参数优化设计,得到满足其强度和刚度及设计工艺要求的最优结构。探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。在ANSYS软件平台上进行了CAE软件包的二次开发．设计了集装箱半挂车车架优化设计专用软件模块。     

空铁Y形立柱金属结构多层轻量化设计

空铁作为新型交通方式得到了迅速发展,为实现空铁线路中Y形立柱金属结构的轻量化设计,对线路中的Y形立柱进行了参数化建模,并充分考虑其结构刚度、强度及支腿稳定性对线路安全性的影响,利用ANSYS有限元分析软件分别运用零阶优化方法与多层优化设计方法对Y形立柱金属结构进行优化设计。由优化结果可知,在满足设计要求下,与优化前相比采用零阶优化方法与多层优化设计方法的金属结构重量分别减轻了11.3%和13.8%,在支腿稳定性校核中分别降低了12.1%和24.4%,使结构更加趋于安全。综上所述,多层优化设计方法更适合对Y型立柱进行优化,基本满足降低金属结构重量,提高支腿稳定性的要求。     

基于多目标优化算法的发动机进气道设计

在发动机进气道满足性能的基础上采用多目标优化方法对其结构进行多目标优化设计.提出了利用多目标进化算法的优化策略对进气道进行优化设计,选取进气道气流转折角作为设计变量,在进气道尺寸以及流量的约束条件下,采用Halton序列产生初始均匀种群,利用Pareto的非支配排序的方法对发动机进行优化设计以达到尽可能小的阻力系数、尽可能大的总压恢复系数和进气道升压.通过文中设计的多目标进化算法对发动机进气道进行优化设计,得到的优化解均优于初始设计的Pareto最优解,表明多目标进化算法较强的适应能力,达到了进气道优化设计的目的,为发动机进气道的优化设计提供了参考.     

基于多目标遗传算法的贝塞尔超声变幅杆优化设计方法研究

为设计满足蜂窝复合材料加工要求的高性能超声变幅杆,提出了一种基于多目标遗传算法的超声变幅杆优化设计方法。以变幅杆的结构参数为设计变量,以谐振频率和放大系数为优化设计目标,建立了贝塞尔超声变幅杆的数学优化模型。通过在遗传算法中调用ANSYS仿真软件,对变幅杆进行了建模和动力学分析,获得了计算目标函数所需的参数,采用多目标遗传算法求出了Pareto最优解集,在所求出的Pareto最优解集中选择了一组最符合设计要求的解作为超声变幅杆的设计参数。为验证设计的有效性,对所设计的变幅杆进行了性能测试并对蜂窝复合材料进行了试切实验。实验结果表明：通过该优化设计方法得到的变幅杆放大倍数为7.66,较优化设计前提高了29%,且工作频率更接近于设计频率。通过仿真分析和性能实验,验证了该方法的有效性和可靠性,试切实验结果表明所设计的变幅杆满足加工要求,工艺效果好。     

新型翻袋式离心机的转鼓结构设计及优化

翻袋式离心机因密闭作业、完全卸料等优点近年来得到广泛关注。为进一步提高该离心机的分离效率,实现设备轻量化、高效化,对离心机的关键部件转鼓进行了设计优化。设计转鼓结构,获得初始壁厚和开孔值,以此作为优化参数,以降低质量、提高过滤面积为目标,建立多目标数学优化模型;在保证强度和刚度条件下,通过不同参数选取和优化来获得最优值。数值分析结果表明,优化设计使转鼓质量降低了13.25%,过滤面积提高了56.28%,有效改善了设备分离效率。     

FSAE赛车前轮定位参数的优化研究

针对大学生方程式(FSAE)赛车前轮定位参数的优化设计问题,基于ADAMS/Car模块建立FSAE赛车双横臂独立悬架的仿真模型,对前轮定位参数进行仿真分析。利用ADAMS/Insight模块进行优化设计,确定设计参变量和设计目标,对所选定的设计目标进行影响因素分析;根据优化结果修改前悬架仿真模型,再次进行前轮定位参数的仿真分析。结果表明:赛车车轮上下跳动时,优化后的前轮定位参数能够在合理的范围内变化,满足赛车悬架设计要求,赛车悬架的主要性能得到明显提高。     

用于高速数据传输的微透镜模块设计及评价

针对英特尔光峰技术提出了一种非球面微透镜模块的光学优化设计及评价方法.该非球面微透镜模块可经由GGP多模光纤应用于高速数据的传输,非球面微透镜的直径为800μm,数值孔径为0.275.借助光学设计软件Code V及LightTools进行仿真,评估了微透镜模块制造及组装的公差对系统耦合效率的影响,同时考虑了一些影响光功...     

基于MATLAB的外啮合齿轮泵优化设计

以外啮合齿轮泵的体积最小为目标函数,齿轮的齿数、模数、齿宽为设计变量,建立了优化设计数学模型。并结合实例借助MATLAB的优化工具箱中的优化函数进行了寻优求解,得到了在满足实际需要的最优设计参数。     

基于均匀设计的磁混频硬度检测激励参数优化

在对铁磁材料进行磁混频检测时,高低频励磁场的激励参数直接关系到磁混频效应的强弱及检测灵敏度。针对铁磁材料硬度磁混频检测问题,利用均匀设计方法研究了励磁场参数对磁混频效应的影响。基于模糊理论,建立了包含变异系数和相关系数两个特征指标的混频效应模糊评价模型。在此基础上,通过回归分析,获得磁混频激励参数对混频效应的影响规律,并优化出获得较强磁混频效应的激励参数组合。优化结果表明,混频激励参数选择对磁混频效应有很大的影响,利用优化得到激励参数可以获得更强的混频效应,大大提高了混频检测的灵敏度。研究工作有力地推动了磁混频检测技术在无损检测领域的应用。     

一种管内壁自动清淤器磁转子的特性

物料传输管道的结垢一直是有色冶金行业突出的问题，影响了生产工艺要求和生产过程的自动检测。采用非接触的磁力驱动技术能实现对关键管路内壁进行高效螺旋清洗。围绕研制的一种新型自动清淤器，以设计出一种高性能磁力驱动转子为目标，对内外磁转子结构参数进行了优化，并以磁场的有限元分析为基础对磁转子的磁路、转矩和耦合机理等特性进行分析，为自动清淤器设计提供理论依据。     

磁悬浮陀螺飞轮用隐式洛伦兹力磁轴承

针对磁悬浮陀螺飞轮用显式洛伦兹力磁轴承气隙磁密均匀性差的问题,提出了一种磁钢内置的隐式洛伦兹力磁轴承,并采用三维有限元法对两种方案的气隙磁密进行比较分析。隐式方案的气隙磁密在周向和纵向的变化率分别为0.8%和8.4%,远优于显式方案的15.0%和23.7%。利用磁场分割法对隐式方案的磁阻进行了区域分割,采用积分法精确计算各区域磁阻,建立了磁轴承磁路数学模型,得到了影响偏转电流刚度的关键结构参数,并基于有限元法对隐式方案形状及结构参数进行详细优化。结果表明,在不恶化气隙磁密变化率的前提下,优化前后绕组区域的最大磁密和最小磁密分别从0.404T和0.368T增加至0.464T和0.427T,增幅为14.6%和16.0%。根据优化结果研制了一台隐式洛伦兹力磁轴承,并进行了气隙磁密和偏转电流刚度实验测试,测试结果与设计结果相符,对洛伦兹力磁轴承的设计具有重要意义。     

Structure optimization for magnetic equipment of permanent magnet retarder

The main purpose of this research is to perform a magnetic analysis on the magnetic equipment of permanent magnet retarder (PMR) and optimize the structure of magnetic equipment with the commercial FEM software ANSYS and its design optimization module. The FEM model is built as an axisymmetric model according to the characteristics of the structure of magnetic equipment. Using this model, the magnetic field distribution and magnetic force are calculated by ANSYS. The mathematical model of structure optimization is also built. The design variables are structural parameters including the dimensions of permanent magnets and magnetic yoke, and the objective function is the magnetic force. The unconstrained optimization model takes the maximum value of magnetic force as the objective. A first-order optimization method is used to determine the optimum design of this problem. The optimization process works entirely with the ANSYS parametric design language (APDL). The design tools are used to understand design space and the behavior of the dependent variables. It is shown that designing a structure with the ANSYS optimization module and its design tools is an effective means to improve the structure.     

一阶数控球形反馈磁张量梯度仪动态特性研究

磁通门张量探头在非零的地磁场环境下存在稳定性差、非线性误差大等不足。为克服此类缺陷,需采用磁补偿技术使磁通门工作在零磁场环境。以提高磁通门张量探头的探测精度为目的,采用球形线圈及对应的驱动模块作为磁补偿装置,利用一阶数字控制系统的方法建立磁补偿装置的数学模型,并对其进行参数优化实现最优控制。实验结果显示,当带有球形反馈线圈磁通门张量探头的稳态误差在52.56 nT之内时,系统的带宽将扩展至4.75 Hz,该结果能够同时满足磁张量梯度仪的探测精度及带宽要求,提高了其在航空地球物理探测中的应用价值。     

混凝土泵车的产品模块建模方法研究

针对泵车产品设计成本高和开发周期长的问题,采用模块化建模方法建立了泵车模块化产品开发平台。以泵车销轴为例,通过模块几何形状和结构参数分析,建立了销轴模块的主模型、主文档,生成了不同的销轴工程图实例。对泵车一级模块和二级模块的模块接口进行了类别划分。根据产品数据管理系统(PDM)和产品主结构,构建了订单产品模块化设计需要的模块分类树,划分出了泵车的基本模块、必选模块和可选模块,在此基础上进行了产品结构参数系列化设计和产品结构模块系列化设计。泵车模块建模方法在企业的实践结果表明:该方法减少和优化了约30%的零部件品种规格,缩短了近50%的产品研发时间,在降低生产成本的同时还提升了泵车产品的研发质量和品牌竞争力。     

高速磁悬浮永磁电机多物理场分析及转子损耗优化

为提高高速磁悬浮永磁电机的综合性能,得到最优的设计参数,针对一台30kW,48 000rpm的磁悬浮电机进行了电磁场、转子动力学以及转子强度分析,提出一种基于多物理场分析结果的电机尺寸优化方法。使用ANSYS以及ANSOFT对电机进行建模和有限元分析,并用ISIGHT软件进行集成优化设计。以转子损耗最小为优化目标,电机几何尺寸为设计变量,在优化过程中考虑尺寸变化对电机转子模态以及强度的影响,以尺寸、电机电磁性能、力学性能等为约束条件。经过优化后,电机的转子损耗减小16.7%,其余性能均符合设计要求。根据优化设计结果加工了样机并进行电机对拖与温升实验,结果证明了优化设计的合理性,验证了本文提出方法的正确性。     

勾形磁场的优化设计与实现

本文采用有限元法对8英寸单晶炉（16寸坩埚）勾形磁场的磁场分布和磁场强度,以及影响磁场强度的线圈匝数、导线面积、线圈间距等因素进行了模拟分析和优化,并依据模拟结果得到磁场结构的优化设计参数。最后通过实验对磁场的设计参数进行了验证,结果表明：磁场分布和磁场强度模拟结果与实际测试结果可较好吻合;磁场的关键参数满足晶体生长的磁场要求;模拟方法是正确的、符合实际的。此方法为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据。