斯特林机帽式密封性能分析及回归参数优化设计

为改善斯特林机活塞杆帽式密封性能,首先采用数值仿真分析了5 MPa工质压力下其静、动态力学特性,从而获取了O型圈内径尺寸LN、C型环径向壁厚T和装配过盈量S三个关键结构参数对密封性能的影响规律,在此基础上,再利用回归设计法以配伍面最大接触压力平稳且密封可靠为优化目标,对密封结构的上述三个关键参数进行优化设计以确定其最佳匹配方案,最后通过密封试验台验证了本文优化设计方法的准确性和普适性。结果表明：活塞杆与C型环密封面中间区域上最大接触压力随LN和S的增大而增大,但随T的增大而减小;通过估计回归系数和方差分析（ANOVA）发现,LN对密封性能影响最为显著、S次之、T影响最小;LN和T、LN和S交互项对响应显著,而T和S交互项对响应不显著;当LN为13.745 mm、T为0.40 mm和S为0.020 mm时,优化密封件对应的正行程最大接触压力为9.01 MPa、回程为9.75 MPa,较工程在用密封件（LN=13.78 mm、T=0.5 mm、S=0 mm）最大接触压力分别降低了14.7%和25.5%;实验进一步验证了优化密封件的密封性能和使用寿命均优于工程在用密封件,并且在不同工质压力下优化密封件的接触压力均匀性更好,减摩延寿效果明显,充分证明本文性能分析与优化设计方法准确有效。     

指尖密封性能的NASH平衡优化

以指尖密封的迟滞特性最小和寿命最长为目标,采用对策论中的NASH平衡方法构建了指尖密封多目标优化的合作NASH平衡计算模型,将指尖密封的多目标优化问题转化为Nash平衡点的求解问题,通过将影响指尖密封性能的迟滞率和影响指尖密封寿命的接触压力作为自变量分别构建迟滞率和寿命的支付函数,采用遗传算法(GA)进行求解,并以实例的形式进行了优化计算,验证了算法的有效性,为指尖密封的迟滞特性分析和寿命研究提供了一种新的多目标优化研究方法.     

双主密封特殊螺纹油管接头密封性能研究

针对超深油气井中对密封性能的严格要求,基于特殊螺纹密封机理,设计一种由锥面对锥面和柱面对球面组成的双主密封特殊螺纹接头结构。采用数值模拟方法分析接头在拉伸、压缩、拉伸和内压、拉伸和内外压4种工况下,双主密封面接触应力、接触长度的变化情况,并对螺纹接头在极限载荷下的密封性能进行研究,得到接头密封能力随不同载荷的变化规律。最后对接头试样进行全尺寸试验,结果表明该双主密封特殊螺纹接头的密封性能满足使用要求。     

改进自适应遗传算法的结构优化设计

介绍了离散变量的结构优化设计方法——遗传算法(Genetic Algorithms)的来源和运行参数。考虑到遗传算法在运算过程中表现出的缺点以及交叉率和变异率的选取对遗传算法的搜索能力和搜索效果的影响,同时为了提高遗传算法的收敛性,避免发生早熟收敛,对遗传算法进行了改进,引入一种基于个体适应度值的自适应遗传算法。并通过算例表明这种改进自适应遗传算法较基本遗传算法是更有效的,提高了算法的运行效率和计算精度。     

基于遗传算法的桁架结构布局优化设计

利用遗传算法在Matlab语言环境中对桁架结构进行布局优化设计方法的研究,分别选择杆件截面面积、节点坐标、杆件存在状态为设计变量,同时进行截面尺寸、形状、拓扑三个方面的优化.讨论了实现过程中一些问题的处理,利用结构可能的拓扑形式编号为设计变量进行拓扑优化等,提出利用一个变量控制参数boundsops解决了多类型参数联合编码和离散变量的问题,提出一种结构优化设计实用方法.算例表明,提出的基于遗传算法的桁架结构布局优化设计方法进行桁架结构的布局优化设计比较容易实现,简单、有效,可以产生很好的效益.     

基于改进遗传算法的离散变量结构优化设计

根据工程实际,充分考虑规范规定的约束条件和各项技术标准要求,建立了离散变量结构优化模型。针对遗传算法的缺陷,提出了一种改进的遗传算法。算例结果表明,改进的遗传算法收敛快、精度高,应用于离散变量结构优化设计是有效的。     

改进自适应遗传模拟退火算法的结构优化设计

为提高遗传算法的收敛性,避免发生早熟收敛,对遗传算法进行改进.引入一种基于个体适应度值的自适应遗传算法,并将遗传算法和模拟退火算法结合形成一种混合算法,从而提高算法的运行效率和计算精度.算例表明改进的自适应遗传模拟退火混合算法较基本遗传算法更加有效.     

基于小生境遗传算法的离散变量结构优化设计

小生境技术的引入,提高了遗传算法处理多峰函数优化问题的能力。提出了基于隔离机制的自适应小生境技术,隔离小生境技术具有生物学基础,不仅能够有效地保证群体中解的多样性,而且具有很强的引导进化能力,针对简单遗传算法中的交叉与变异概率等不能动态地适应整个寻优过程,提出采用根据适应度调整交叉、变异概率并与小生境技术相结合的改进遗传算法。算例表明,该遗传算法对桁架结构的布局进行优化设计比较容易实现,简单、有效,可以产生很好的效益。     

基础隔震结构的系统参数优化设计

目的为了改善基础隔震结构的减震效果，实现基础隔震结构设计的可靠性和有效性。得到基础隔震结构的系统优化参数．方法建立了基础隔震结构的动力分析模型，推导出其运动微分方程；对标准遗传算法经常出现未成熟收敛、振荡、随机性太大和迭代过程缓慢等缺点进行改善，提出了改进混合遗传算法；建立基础隔震结构系统参数优化设计模型，使用改进混合遗传算法对7层LRB隔震结构的系统参数进行优化设计，结果优化后。LRB隔震结构的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比优化前有不同程度的降低．结论工程实例计算结果表明改进混合遗传算法对基础隔震结构的系统参数优化效果比较理想，基础隔震结构的各项地震反应均得到了更好地控制．     

常温下新型齿形组合垫片密封性能的试验研究

研究了齿形组合垫片的主要性质 ,包括垫片的密封性能和设计参数 (m,y)的计算 ,讨论了垫片覆层的种类、尺寸以及操作条件对其密封性能的影响。研究结果表明 ,齿形组合垫片具有良好的使用性能 ,可以较广泛地代替单一齿形垫片。     

高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验

为明确气相介质和液相介质分别对高速流体动压密封性能的影响,进行两种相态的密封性能对比分析与试验研究.分别建立动压密封端面流体域的气相和液相数值分析模型,分析转速、压差、槽深、槽数、槽坝比等操作参数和端面结构参数对动压密封气相和液相的泄漏量、开启力等性能的影响.自主研制动压密封试验装置,进行变转速、变压差和密封端面磨损试验,得出了转速、压差等操作参数对密封气相泄漏率、液相泄漏率和端面磨损率的影响.数值模拟和试验研究结果表明:相同的转速和压力时,液相密封开启力和泄漏量都比气相密封更大;不同结构参数下,气相和液相密封开启力均有极大值,气相密封和液相密封开启力达到极大值的最优结构参数有所不同,液相密封的最优槽坝比、最优槽数较气相密封小,液相密封开启转速较气相密封低,说明液相动压密封比气相动压密封更容易开启;低速时密封端面磨损较严重,高速时密封端面几乎无磨损,动压密封更适合在高速工况下运行.     

改进的遗传算法在结构优化设计中的应用

遗传算法(GA)是基于达尔文进化论和遗传学说形成的一种崭新的优化算法.它具有全局收敛性和并行性;对先验知识要求较少,具有很强的适应性.针对结构优化设计方法中存在的局限性,将改进的遗传算法用于结构优化设计中.改进的GA采用以下措施提高搜索效率:(1)动态调整变量区间和GA参数;(2)在每一轮进化结束后重新初始化群体,开始新的进化;(3)将最优个体保留到下一轮.据此编制了计算机程序,并将其应用到一个桁架结构的优化实例中.运行结果表明,改进后的遗传算法用于结构优化设计能够有效地避免陷入局部最优解的现象,提高了搜索效率,具有较强的适应性.     

Microscopic properties and sealing performance of new gas drainage drilling sealing material

The geological condition of Chinese coal mines are complex and high gassy, which account for fifty percent to seventy percent. Because of the abundant pores and cracks around the drainage drilling hole, the gas concentration attenuates rapidly, and the effective gas drainage period is short. The traditional sealing materials of yellow mud and cement-sand grout will readily shrink after the drilling hole is sealed, the sealing length is short and the sealing quality is not satisfactory. Currently widely used polyurethane material will shrink when it comes into contact with water, and the price is also very high. In this study, taking cement as a base material, a novel composite sealing material mixed by expansion admixture, additive, and fibrin and coupling agent was developed and the sealing performance and expansion property of the material were also studied and analyzed. The FEI Quanta TM 250 environmental scanning electron microscope was used to investigate the microstructure of material. The results revealed that the new composite sealing material had a desirable expansion performance and a definite fluidity convenient for grouting. The solidified material, combining closely with the drilling wall, possessed an adequate strength and was not easy to shrink. Compared to the conventional polyurethane, the gas drainage concentration by drilling sealing exceeded 40 percent, and the sealing capacity improves 5 times, the sealing effect increases significantly.     

盖封密封磨损-热-应力耦合模拟与优化设计

在无油润滑工况下,密封面磨损是导致密封件性能降低及寿命丧失的关键因素. 结合有限元技术,基于修正的Archard磨损模型,建立盖封（CL）密封过程中密封件和活塞杆间的磨损-热-应力耦合数值模拟方法,分析磨损过程中密封件性能与寿命的变化规律及介质压力对密封特性的影响;基于所建立的仿真模型,采用正交试验设计法,以密封件密封面上最大接触压力降幅最小及密封件寿命最长作为优化目标,对CL密封中C形密封圈关键结构参数进行优化设计,得到最优组合方案;利用斯特林发动机活塞杆密封性能试验平台对数值模拟方法进行验证,并对磨损后CL密封接触面磨损状况进行测量,检测结果与仿真模拟结果较为一致,优化后密封件密封性能及使用寿命得到了提高.     

基于遗传算法的π型拱渡槽结构优化设计

首先对π型拱渡槽的结构受力进行了分析,然后建立相应的优化设计数学模型,该模型以钢筋混凝土部分的造价为目标函数,以强度、稳定、抗裂条件及构造要求等作为约束条件,最后采用遗传算法对优化设计模型进行求解,并对遗传算法作了一些改进. 应用FORTRAN语言编制了基于遗传算法的π型拱渡槽结构优化设计程序,通过算例验证,算法是可行、可靠的. 同时对优化设计参数进行了分析研究,得出一些规律,可供实际工程参考.     

一种基于混合优化算法的阵列波束形成方法

提出一种波束图设计的数值方法.该方法是组合运用了自适应阵原理和遗传算法的混合二阶优化算法.方法第一步是基于自适应理论,假定阵列为一自适应阵,通过在其波束图的旁瓣区布置大量的干扰信号以实现旁瓣控制.通过多次调整干扰强度,可以获得初始波束图.根据初始波束图建立新的期望波束图,基于估计波束图和期望波束图之间差别,建立误差能量函数.采用标准遗传算法通过最小化误差能量函数来实现波束图优化设计.双圈圆环阵的设计实例说明了算法的有效性.设计波束图的具体参数表明了其优良的性能.对于任一给定阵,该方法可设计给定指向方位、具有更低旁瓣的波束图.如果不能设计出期望特性的波束图,该方法可设计出最佳可得的波束图.     

简支转连续梁桥二次预应力筋张拉参数优化

简支转连续梁桥二次预应力钢束的合理配置对成桥后的应力储备和线形有着重要影响.通过有限元计算分析了二次预应力筋张拉参数(长度、根数、张拉控制应力)对结构的影响,改变张拉参数进行若干组有限元计算,生成BP神经网络样本,将其作为遗传算法寻优的子程序识别出最优的二次预应力筋张拉参数.襄樊四桥的工程实例亦表明,该方法获得了较为满意的优化结果.     

Multi-objective optimization design of airfoil and wing

To extend available monoobjective optimization methods to multiobjective and multidisciplinary optimization, the construction of a suitable resultant objective function(in deterministic method-DM) or a fitness function(in genetic algorithm-GA) is important. An objective function combination method (OFCM) of constructing such a function for constrained optimization problems is suggested. How to use both deterministic and genetic algorithms to biobjective and bidisciplinary optimal design of high performance airfoils and wings is discussed. Numerical results in both 2D (airfoil) and 3D (wing) cases show that the present method can be used to optimaize different kinds of initial airfoils and wings. The performance of optimized shape is improved significantly. The method is successful and effective.     

Optimization design of main parameters for double spiral grooves face seal

The optimization design of the parameters, such as the groove depth, groove number, ratio of the groove width to the land width, and spiral angle of a new kind of double spiral grooves face seal, which works under the condition of high velocity, high sealing pressure and ultra-low temperature, is presented under the assump-tion of fixed closure force by finite element analysis method. The results show that the stiffness of the maximum film can be obtained when the ratio of the groove width to the land width is 0.5 and the spiral angle is about 75 degrees, when the influence of the groove number on the sealing performance is not obvious.     

井字梁结构优化设计的CAD系统

以目前井字梁结构设计作了较系统的研究后,找出了不足之处,利用ＡｕｔｏＣＡＤ作为支撑平台,利用ＡｕｔｏＬＩＳＰ作为编程语言对井字梁结构ＣＡＤ系统进行了开发研究工作,通过对ＡｕｔｏＣＡＤ的界面用户化、对话框采用参数化井字梁结构绘图等技术的研究,开发一个从基本数据输入到初选截面尺寸、内力分析、面优化设计、参数化绘图直至图形管理的一体化井字梁结构ＣＡＤ系统。