汽车进气格栅多目标优化设计（英文）

基于kriging模型和NSGA-Ⅱ算法,采用多目标优化设计的方法研究了进气格栅对汽车气动性能和发动机舱散热性能的影响,并通过数据挖掘技术研究设计变量与目标函数间的影响机制。进气格栅优化变量有3个:格栅倾角、格栅条数量和格栅条宽度。优化目标为汽车的气动阻力系数、气动升力系数以及进入发动机舱的气流质量流量。通过总变差分析和自组织映射图分析,得出了各设计变量对不同目标的影响程度以及变量与目标之间和目标与目标之间的相互关系。最后对比分析了优化后的模型和原始模型的气动性能和发动机舱散热性能。     

重型卡车机舱内流特性研究

为了研究冷凝器、中冷器、水箱散热器和风扇这些冷却部件位置的改变对发动机舱内流场空气流动和散热的影响,首先对某重型卡车的复杂几何模型进行简化,在前处理软件Hypermesh中划分一套高质量的面网格,然后在通用热流分析软件STAR-CCM＋中完成体网格的划分、计算求解以及后处理。对卡车原型的冷却部件的布置共提出3种改进分案,其中方案3分为5个小方案,分别是冷却部件沿Z轴正方向移动40,80,120,160,200 mm;分别对每个改进方案进行仿真研究,并对比分析了每个方案中发动机舱内冷却部件位置的变化对流场结构的影响以及不同方案下发动机舱内的温度分布;监测了不同方案下流过散热部件的冷却空气流量以及水箱散热器出水管的温度,得到了水箱散热器散热性能最好的冷却部件布置方案。     

新能源汽车机罩前端变形改善方案

<正>新能源汽车的年销量从2016年的50.7万辆提高到2020年的136.7万辆,年均增长率达到了28%。不论是造车新势力还是传统车企都在加大新能源汽车的投入。从外观设计上看,前些年的燃油车的机罩前部和进气格栅基本没有匹配要求(图1),近些年来的车型上,前格栅上部会保留部分和机罩前端配合。新能源汽车没有了发动机总成,发动机舱前部的进气格栅的功能也就无用武之地,新能源汽车的机罩更多是和一体化的前保匹配(图2),配合面尺寸更长,因此新能源汽车机罩前部的精度要求要比传统燃油车要高很多。     

汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计

为了解决设计过程中部件选取的盲目性以及优化过程缺乏考虑厚度和材料的交互性等问题,提出将传力路径、能量分布及敏感度分析相结合,选择对性能影响最大的部件作为优化设计对象,以实现部件的合理选取。同时,通过不同近似模型的对比优选出较高精度模型,并采用多目标优化方法进行优化设计,以质量和加速度峰值为优化目标、前围板最大侵入量为约束条件以及厚度和材料为设计变量,得出厚度和材料的最优方案。研究结果表明,该方法具有较高的准确性和有效性,不仅提高了汽车正碰耐撞性,且实现了车身结构轻量化。     

基于响应面法的金属打包机箱体结构轻量化设计

金属打包机是废旧金属回收行业的大型核心工程设备。为了提高金属打包机箱体结构的综合性能以及实现箱体轻量化的目标,提出一种基于响应面法的轻量化设计方法。基于板壳理论和力学模型分析建立危险工况的有限元参数化模型,以墙板厚度等尺寸作为设计变量,以结构强度、刚度和稳定性作为约束条件,并以箱体质量作为目标函数。通过灵敏度分析确定对目标函数影响显著的设计变量,再利用中心复合设计方法和克里金插值法得到拟合响应面模型,并采用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明:在满足箱体整体综合性能条件下,优化后的箱体质量减轻了20.6%,优化效果显著,对其他工程设备的轻量化设计具有一定的指导意义。     

两种轮毂电机悬架系统构型比较研究

针对轮毂电机驱动的电动汽车非簧载质量增加,汽车垂向振动现象加剧的问题,设计多级隔振型和动力吸振型两种含电机悬架装置的悬架系统构型,并建立相应的车辆垂向振动数学模型.以电机悬架刚度与阻尼为优化变量,确定其位移约束与边界约束条件,建立多目标优化函数.利用MATLAB软件建立仿真模型,在分析电机悬架刚度与阻尼对悬架系统性能影...     

基于虚拟样机的运动模拟平台参数化建模与优化

利用软件ADAMS建立了装备并联运动模拟平台参数化模型,并通过仿真测试验证了模型的正确性,针对参数化模型,对平台进行了运动学分析与动力学分析。以平台结构主控参数为设计变量,分析了设计变量的灵敏度,在此基础上分别以液压缸受力和液压缸整体性能为目标函数对平台机构进行优化设计,实现了平台结构的优化。     

精密气浮工作台动态特性仿真与优化

为提高精密气浮工作台的工作性能,在分析气浮轴承承载特性的基础上,对气浮工作台进行多体动力学建模与仿真。参数化多体动力学模型,创建模型的设计变量与目标变量,编写目标变量评价程序,使用Isight集成了优化仿真模型,优化了设计变量,提高了工作台的稳定性,缩短了工作台的收敛时间。优化结果表明:对工作台的优化设计改善了工作台的稳定性,减小了工作台在步进扫描过程中的收敛时间与振幅。     

基于耐撞性能的保险杠轻量化研究

汽车保险杠结构的耐撞性与轻量化之间的矛盾是设计保险杠结构主要考虑的问题。针对某型轿车保险杠系统,通过对原钢制保险杠进行有限元仿真分析,发现该钢制保险杠的性能达不到该车型低速碰撞的要求。因此,为了实现耐撞性和轻量化的目标,将6061铝合金应用到该保险杠系统中,并将碰撞力和质量作为约束条件建立最大吸能的优化模型,以保险杠外侧板厚度、中间板厚度、内侧板厚度以及吸能盒上下板壁厚作为设计变量进行最优拉丁超立方设计,利用LS-DYNA有限元分析软件得到不同变量情况下的信息,采用二阶响应面法拟合出近似函数,结合响应面模型和具有模拟退火过程的ASA算法对5个板件厚度进行优化,在整车碰撞中比较优化后的保险杠和原钢制保险杠,结果证明该设计方案是切实可行的。     

基于热流固耦合的车用电机控制器散热特性

通过考虑电机控制器热源IGBT与散热器壁面的热传导、散热器壁面与冷却介质的对流换热以及散热器热应力与应变等因素,建立车用电机控制器液体冷却的热流固耦合计算模型。应用该散热模型综合分析了不同工况下散热器结构对散热器换热性能、温度应力及变形的影响。计算结果表明:通过对散热器翅片结构参数的优化可以获得较好的换热效果和较低的温度应力,同时散热器结构具有较好的工艺性能。     

装甲车辆液压驱动风扇系统动态特性影响因素分析

针对装甲车辆冷却系统功率大,对风扇转速控制要求高与节能的需求,阐述了装甲车辆液压驱动风扇系统的基本组成与原理,并建立了系统数学模型。通过对风扇系统马达排量、总工作容积等不同性能参数进行仿真分析,得出各性能参数对液压驱动风扇系统动态特性的影响规律,为系统优化设计提供理论指导。     

基于正交试验工程车辆油气悬挂优化设计建模分析

油气悬挂因为结构简单且具有良好的非线性变刚度和变阻尼特性,其应用非常广泛。根据单气室油气悬挂的结构特点对其进行参数化,利用四分之一车辆振动系统进行试验设计分析,确定对车辆振动性能影响最大的结构参数和结构参数之间的组合;进行结构性能参数优化分析,分析车辆振动性能达到最优时,结构参数的分布情况和分布规律。利用正交试验法对油气悬挂设计参数进行优化,同时结合油气悬挂数学模型,提出利用活塞和阻尼孔与活塞杆直径之比、单向阀当量直径与阻尼孔直径之比等3个参数来简化设计过程。分析油气悬挂参数对车辆行驶平顺性和操作安全性的影响趋势和以影响程度为衡量标准的影响顺序,从而确定主要因素和相对次要因素,对油气悬挂进行参数优化。从分析结果可知:悬架的初始位置对油气悬挂性能影响最大,其次为活塞与活塞杆直径之比;设计变量对目标的影响大小依次为:x_0λ_1τ_2τ_1d;在悬挂设计过程中,λ_1与τ_1能取值使得目标函数值达到最小,d与τ_2则需要在其对目标函数的影响趋势下根据实际约束条件选取;优化后,系统性能有较大改善。     

响应曲面法优化气体淬火过程中的工艺参数

以轴对称问题气体淬火过程为研究对象,提出了阶段换热系数模型,进行了五因子三水平Box-Behnken实验设计．根据实验设计结果,将设计的变量水平代入本文开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,用逐步回归法和响应曲面方法对实验结果进行拟合,建立了拟合变形程度、表面单元平均等效残余应力、等效残余应力标准差、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式．以变形程度为目标,建立了相应的优化目标函数,用Lagrange乘子法对优化目标函数进行了带上下限及约束函数的非线性优化．优化后,五项目标中的四项得到了有利的结果,使用优化后工艺参数进行气体淬火,可以提高零件的淬火质量．     

基于ROMAX的斜齿轮齿面修形优化设计

针对建筑用施工升降机减速器输出轴齿轮出现齿面偏载而导致振动噪声过大的现象,以某建筑用施工升降机为研究对象,考虑综合因素对输出轴斜齿轮副偏载现象的影响,通过理论计算确定修形量范围,然后基于ROAMX用全因子法以齿向修形量、螺旋线修形量及齿顶修缘量为设计变量,以齿面接触载荷分布系数和齿根弯曲载荷分布系数为优化目标进行参数优化设计,经计算得到最佳修形量组合结果。对修形后的齿轮进行动力学仿真分析,结果表明：经过修形的齿轮齿面接触载荷和齿根弯曲载荷分布更均匀,齿面最大单位长度载荷降低了58.2%。对修形后的齿轮动力学性能进行评估,结果表明：修形后的齿轮传动误差激励减小了75.5%,箱体表面的加速度响应最大降低了47.8%。     

基于Kriging模型的圆锥动静压轴承优化设计

为提高圆锥动静压轴承的综合性能,以单位承载力下功耗最小和平均温升最低为优化目标,考虑几何结构约束条件,采用最优拉丁超立方进行设计空间的布点,进行有限元数值计算.基于计算结果,采用Kriging方法建立目标函数的近似代理模型.在此模型基础上,使用非劣分层遗传算法(NSGA-II)获得Pareto最优解集;最后通过权重系数...     

垂直轴风轮叶片翼型的性能对比分析

提出基于Profili软件与Fluent软件的风力机翼型性能快速准确对比方法。基于正问题设计给出一种新的叶片翼型,对比新翼型和初始翼型的几何形状、气动系数和流场分布情况。研究发现:新翼型上下表面的压差明显增大,其综合特性优于初始翼型。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,对采用上述两种翼型的垂直轴风力机的气动性能进行分析。结果表明:推动新风轮的合力矩要高于初始风轮受到的合力矩,新风力机的启动特性有了明显改善,单位时间的发电量至少增加了10%。     

汽车空调出风口气流均匀性对冷却性能的影响

采用计算流体力学(CFD)的方法,研究了汽车空调出风口处气流均匀性对冷却性能的影响及其原因。考虑了太阳辐射和人体散热对流场的影响,模拟了2种流量相同而均匀性不同的冷却气流对车室的降温过程。通过对比2种冷却气流的冷却时间、流场组织和温度分布情况,发现均匀性好的冷却气流对车室的冷却性能更好,而且更有利于改善人体热舒适性。结合淹没紊动射流理论,从流体力学的角度分析讨论了产生这种不同冷却效果的原因。     

工作装置匹配特性对挖掘机挖掘性能的影响研究

为研究液压挖掘机理论挖掘力与主动液压缸充分发挥比之间的匹配特性对挖掘性能的影响规律,以主动缸充分发挥比和动臂缸闭锁限制比为一设计因素、以实际挖掘力与设计最大挖掘力之比为另一设计因素,考虑不同挖掘工况建立目标匹配函数。以某36.5 t反铲液压挖掘机为例,通过匹配工作装置铰点位置和设计因素的权重系数来建立优化匹配方案,基于图谱叠加法分析验证不同优化匹配方案对挖掘性能的影响。结果表明：减少主动缸充分发挥比和动臂缸闭锁限制比,增大实际挖掘力与设计最大挖掘力之比权重系数,使得动臂和斗杆的尺寸增加,铲斗和连杆尺寸减少,工作装置各项作业范围参数均有提高;铲斗挖掘和复合挖掘在闭锁限制比变化不大且主动缸充分发挥比有所降低时,使得二者最大挖掘力均有提高,而斗杆挖掘性能表现与之相反。     

混合动力机器人加工动力学模型及优化设计研究

针对加工用混合动力机器人结构，提出混合机器人动力学模型和优化设计方法。建立混合机器人的动力学模型，综合考虑了机器人工作空间/机器体积比、横向刚度和低阶模态3个性能指标，分析设计变量对性能指标的影响。在此基础上制定机器人内部并联机构的设计问题和综合设计策略，对机器人的结构进行优化。通过搭建多自由度混合机器人加工实验平台，结果表明所设计的混合机器人在较大的工作空间内具有良好的静态和动态特性，验证了所提模型的合理性。     

基于载荷的商用车制动力分配比研究

为确定不同载荷下商用车制动力分配比的合理取值,以提高制动稳定性,提出一种基于载荷的汽车制动力分配比优化设计方法,考虑了载荷对质心位置的影响。基于ECER13法规分析了对汽车制动性能的要求,确定了汽车制动力分配系数的范围,以制动强度大小与利用附着系数差值平方和最小为约束求取了分配比最优解。将该设计方法应用于重载、中载、轻载3种工况的设计计算并进行制动仿真对比与分析。结果表明:基于载荷的汽车制动力分配比设计方法可以满足汽车在不同载荷下的制动性能要求,有效提高了汽车制动的安全性。该研究可为商用车制动力分配比控制调节提供参考。