基于响应面法的井下旋流分离器结构优化

基于数值模拟方法与中心组合设计方法,采用二阶多项式基函数构建了井下旋流分离器的结构参数与分离效率及底流压力损失间的数学关系模型.通过开展附加试验对模型预测值与数值模拟实际值进行对比,得出分离效率和压力损失的预测值与实际值的平均相对误差分别为0.104％和4.562％,验证了模型预测结果的准确性.针对响应面优化结果与初始...     

轴流式旋风分离器结构参数的多目标优化

将轴流式离心分离技术引入沸腾制粒机中,以期提升沸腾制粒机的工作效能.提出一种基于代理模型的轴流式旋风分离器结构参数多目标优化设计方法.以计算流体动力学(CFD)为基础,采用田口法进行试验规划,构建关于分离效率和压降的响应面回归方程,利用NSGA-II求解得到多目标优化模型的Pareto前沿.结果表明:优化结构对(1～1...     

基于响应面法的同向出流旋流器结构参数优化研究

基于响应面(Response Surface Methodology,RSM)方法,以同向出流水力旋器为研究对象,以结构参数为输入变量,以底流口含油浓度为响应目标,分析旋流器分离效率随各结构参数在一定范围内的变化情况。完成不同结构参数对旋流器分离性能影响的局部灵敏度分析,同时基于多项式模型构建结构参数与响应目标间的回归方程,进而拟合出最佳的结构参数及分离效率。采用方差分析方法对回归方程进行灵敏度及精度分析,同时加工旋流样机对模型预测出的最优结构进行室内试验验证。结果显示回归方程具有较高的精度及灵敏度,预测出的旋流结构分离效率为96.58%,比初始结构效率升高了4.45%,与试验结果一致。充分验证了所得回归方程以及预测结果的准确性。     

基于回归正交试验的旋风分离器结构优化研究

针对旋风分离器多结构参数变化,选取影响旋风分离器性能较大的4个结构参数作为优化变量:圆柱体高度H/D、排气管直径d/D、排气管插入深度h/D、锥体高度He/D。以回归正交试验法为实验方案,做36组仿真模拟实验。采用湍流计算的雷诺应力模型(RSM)进行气固两相流场数值模拟,并用拉格朗日法追踪固体颗粒的运动轨迹;在此基础上分别建立了旋风分离器压降和分离效率对其结构参数的回归数学模型;根据回归数学模型针对结构参数对旋风分离器的压降和分离效率的影响程度进行了分析,得出影响压降的最主要因素是升气管直径(随着升气管直径增大压降显著减小)、影响分离效率的最主要因素是升气管直径和锥体段高度。     

正交试验法优化泥沙分离器结构参数

为了进一步提高泥沙分离器的分离性能,对泥沙分离器的结构进行了设计与优化。引入正交试验法重新配置和调整泥沙分离器的结构参数。选取泥沙分离器的锥体角度、溢流口直径、底流口直径、溢流口壁厚、溢流管插入深度这5个结构参数,构建L_(25)(5~6)正交试验表,并运用Fluent软件对得到的25组不同的结构模型进行数值模拟。通过结构参数对旋流分离器分离效率的影响分析以及数值计算数据的极差分析,确定这些结构参数对分离效率的影响程度大小,找到各个因素中平均影响泥沙分离效率最高的水平组合,最终确定泥沙分离器的最优结构参数组合。结果表明:各因素对泥沙分离效率的影响从大到小的排列依次为锥体角度、溢流管插入深度、溢流口直径、底流口直径、溢流管壁厚。优化后的泥沙分离器具有压力梯度较小,压力场分布均匀,从而有效地提高了其分离效率以及内部流场稳定性。     

炼油装置旋风分离器结构的CFD优化

旋风分离器在炼油装置中的应用极为广泛,对旋风分离器的结构进行优化,使之达到最佳的操作性能是研究人员一直努力实现的目标。采用CFD软件分别从排气管直径、排气管插入深度、筒体圆柱段长度等多个方面来对炼油装置中的某个旋风分离器结构进行优化,以便能够提高旋风分离器的性能。     

基于响应面法的全焊接球阀密封结构参数多目标优化

针对全焊接球阀密封性欠佳的问题,以NPS16 Class600型球阀为例,对其密封结构的密封性能进行了理论推导、仿真分析和试验验证,并基于响应面法对密封结构参数进行了多目标优化设计。首先,利用试验设计法(DOE)及响应面法(RSM)建立了密封结构的优化模型,对密封结构进行了静力学分析;然后,搭建了试验平台,进行了密封结构的开口度测试,并根据测试结果对仿真分析结果进行了验证;利用ANSYS软件对浮动球球阀密封结构进行了静力学分析,并研究了球体的直径(d₁)、阀座的厚度(D₇)、中径(D₁₀)、倒角(D_A)对其密封性能的影响;最后,根据响应面优化(RSO)模块对密封结构参数进行了多目标优化设计,进一步验证了其优化效果及密封性能。研究结果表明：D₁₀对最小间隙值(C_min)的影响显著性最高,d₁对最大等效应力(S_1max)的影响显著性最高;在密封结构两参数耦合作用下,D_A与D₇     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重,降低动力系统能耗,提高控制响应速度,文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先,选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样;其次,采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面,代替有限元模型提高计算效率;最后,以主臂米塞斯应力为约束边界,以主臂轻量化为优化目标,采用蒙特卡洛法求解优化问题,得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中,验证优化结果的正确性。优化后,主臂总质量降低28%,达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计,提供了良好工程案例。     

基于响应面法的滑动结合面动态特性参数优化识别

针对机床滑动结合面动态特性参数识别困难和现有方法模型复杂、计算量大等问题,提出了基于实验模态分析和响应面法的动态特性参数优化识别方法。通过试验设计获取样本点构造滑动结合面的多项式响应面模型,以响应面的计算结果与实验模态分析结果的相对误差构造目标函数,采用自适应模拟退火算法优化求解,从而识别出滑动结合面的动态特性参数。以机床动态特性分析实验台上立柱导轨与滑座间的滑动结合面为实例进行了建模、实验、参数识别等分析。结果表明,采用所提出的方法可实现较高的识别精度,可显著提高识别效率。     

基于响应面法的薄壁件铣削参数有限元优化

铝镁合金薄壁结构件在航空工业中广泛应用,但在其加工过程中常因为刚度不足而引起变形。针对上述问题,提出一种基于响应面法的铣削加工参数有限元仿真方法,可有效控制变形及加工质量。对圆柱螺旋立铣刀的铣削加工过程建立刀具平均切削力模型,并将该模型应用于有限元仿真试验。通过对Box-Behnken法设计的四因素三水平试验结果进行分析,探讨了切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量等4个因素与切削变形的关系。同时,以工程中的典型薄壁结构件为例,优化了该类薄壁结构件的铣削参数,经有限元仿真验证,该优化方法能够有效控制铣削过程的变形。     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

直流式旋风分离器参数优化仿真与试验

为了在产品方案设计阶段验证直流式旋风分离器性能,利用罗辛-拉姆特函数对试验粉尘(ISO 12103-A4)粒径分布进行拟合。利用Fluent软件对直流式旋风分离器进行性能仿真,为满足分离效率不低于85%,降低流阻的需求,利用Optislang软件对旋风分离器结构参数进行优化,结果表明:粉尘平均粒径为42.27 μm,粒径分布指数1.126;分离器入口粉尘浓度由1%增至5%,分离效率不变,流阻由31.09 kPa增大至31.45 kPa;旋流叶片螺距对流阻敏感度为99.7%,对分离效率敏感度为94.3%,旋流叶片长度对流阻不敏感但对分离效率有5.8%的敏感度;通过匹配旋流叶片螺距及叶片长度,实现流阻由31.09 kPa降到12.12 kPa,分离效率仅降低4.01%。
     

连续式混合机结构参数的响应面分析优化

为了对卧式连续混合机进行轻量化改进,对混合机的关键部件进行研究。基于离散单元法构建物料颗粒模型,对混合机混合过程进行模拟,利用响应面方法对混合机结构参数进行优化。以搅拌轴径、搅拌臂径和搅拌叶片长度为设计变量,以模型质量为优化目标,建立二阶响应面模型优化关键部件的结构参数。结果表明,搅拌叶片长度和搅拌臂径的交互作用相较于搅拌轴径对总体质量影响较大,同时叶片长度和搅拌臂径对变形和应力的影响灵敏度高,通过优化,在满足安全可靠的前提下结构重量减轻7%。     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

基于中心点精确响应面法的板壳结构优化

对响应面方法中两个最为关键的概念——近似函数及试验设计做了简单描述,选择线性函数作为约束条件的近似函数形式,并对位移和应力约束作不同处理,位移约束不合常数项,而应力约束含常数项。提出了一种适合建立一阶形式响应面并使结构分析次数最少的试验设计方法——中心扩展法。求解响应面时在最小二乘法的基础之上作了改进,提出中心点精确响应面法,使拟合的响应面中心点处的响应值精确等于有限元分析值。最后通过数值算例说明改进后的响应面法对于板壳结构优化的可行性和优越性。     

基于响应面法的混凝土振动台振动支座结构优化

混凝土振动台是预制构件生产线中的重要设备,主要用于预制构件的振动密实成型。在成型过程中,振动支座受交变载荷作用,导致振动支座的疲劳寿命过低,这就要求振动支座具有良好的机械性能,因此提出一种基于响应面法的振动支座结构优化方法。通过建立SolidWorks和ANSYS Workbench联合仿真平台进行参数化建模,在此基础上建立有限元模型并进行力学分析,利用灵敏度分析筛选出关键尺寸参数,选择中心复合设计方法和克里格法模拟构建响应面模型。再以等效应力最小为优化目标,质量为约束条件,利用多目标遗传算法对振动支座进行结构优化,并对优化前后的振动支座等效应力和疲劳寿命预测结果进行对比分析。结果表明：优化后的振动支座最大等效应力降低了45.86%,疲劳寿命提高了987倍,优化效果显著,对类似振动设备结构优化具有指导意义。     

基于响应面法的液压平板车车架结构优化

针对传统机械设计以应力强度为基础,其结果往往不是最优解的问题,采用应力试验法及有限元分析法获得了车架的危险部位,即车架横梁之间的腹板孔口倒角处存在明显应力集中。因此取车架腹板开孔孔长、宽及倒圆半径为设计变量,对车架结构进行了优化设计。采用回归的正交设计理论,结合ANSYS液压平板车车架的参数化有限元模型,得出了车架腹板最大应力的响应面函数。运用MATLAB优化工具箱得到可靠度指标,最终实现了以可靠度为目标的车架结构优化,优化结果使得结构在安全可靠的前提下更轻。      

基于人工神经网络旋风分离器优化因子预测研究

定义了旋风分离器的优化因子(OF),通过人工神经网络算法(BP算法)研究旋风器几何结构参数和分离性能之间的复杂函数关系,从而提出旋风分离器优化因子的预测模型.结果表明,该模型的预测结果和实验结果较为吻合,提供了一种对于旋风分离器性能预测的新思路.     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

基于参数敏感性的柔轮响应面优化

通过合理地选择柔轮结构参数,可以改善柔轮的应力集中现象,提升柔轮的疲劳寿命。基于参数敏感性分析,筛选出影响柔轮应力的关键参数;以柔轮空载和负载过程中齿圈部位的最大等效应力最小以及谐波减速器整机的体积最小为优化目标,完成了柔轮参数响应面优化。通过疲劳计算发现,优化后的柔轮疲劳寿命有一定的提升。