基于最优控制理论的储能飞轮转子形状优化设计研究

为克服飞轮转子形状优化时一般优化方法效率低的缺点,在分析角速度对转子形状影响的基础上,将转子角速度划分为低速、中速和高速三个阶段,采用最优控制理论,直接得到实心和空心飞轮转子的最优形状解析表达式。通过比较实心和空心转子低速、中速和高速情况下的最优形状,揭示飞轮转子最优形状随角速度变化的规律。研究结果表明,低角速度下,转子的最优形状沿半径方向"内薄外厚";高角速度下,"内厚外薄";中等角速度下,"两端厚中间薄"。低角速度情况下,实心和空心转子的最优形状相同;但中、高速情况下,实心转子的最优形状中包含等应力弧段,而空心转子的最优形状中不包含等应力弧段。由于实心转子的最优形状中包含有等应力弧段,实心转子的储能性能更优于空心转子。     

600Wh飞轮转子形状优化设计

介绍了极限转速为15000r/min,储能量为600wh的空心飞轮转子的优化设计方法,根据飞轮储能系统设计要求利用三维软件SolidWorks对飞轮模型进行建模与有限元软件ansys workbench进行仿真分析与优化,首先进行初步建模,然后通过改变其模型轮辐曲线找到更优的飞轮形状并提取其轮辐曲线的结构参数,再通过多...     

车用飞轮的优化设计

飞轮是一种重要的储能元件。为了使飞轮在体积尽可能小的前提下，保证有足够的转动惯量，刚度和强度。以捉高其储能密度，利用有限元软件HYPERWORKS对某飞轮进行了有限元分析及优化设计。     

发动机飞轮的动态优化设计

飞轮是发动机中有重要作用但结构形状相对简单的零件之一。为了保证飞轮有足够的转动惯量、足够的刚度和强度,并使飞轮在满足设计要求的前提下质量尽可能小,这里利用有限元分析软件ANSYS对某飞轮进行了参数化建模,动态地分析了飞轮的应力场与位移场,并对飞轮的主要尺寸进行了动态优化设计。     

车辆高速飞轮储能系统关键技术及其优化设计

在能源高度紧张的今天,车辆储能技术的研究十分重要.从使用高速储能飞轮的车辆混合动力传动系统原理研究出发,先后探讨了高速储能飞轮系统的稳定性、平衡性以及高速储能飞轮的陀螺效应;并重点对高速储能飞轮优化设计问题进行了较为深入的研究,为车辆高速飞轮储能技术的设计与应用进行了富有意义的探索.     

面向对象的可靠性形状优化设计

使用面向对象的程序设计语言Visual C^ 6.0，在面向对象的随机有限元基础上，充分利用结构可靠性优化设计方法的通用性和灵活性，设计了结构可靠性形状优化设计相关的类及其方法。计算结果表明，面向对象的程序设计方法所具有的封装性、继承性和多态性等优点可以简化可靠性形状优化设计方法的编程工作，提高程序代码的重复利用率，并有效地进行内存管理，使得程序结构清晰简洁，方便扩充和维护；并能有效解决由于结构的可靠性形状优化设计中存在的优化设计变量和计算可靠性指标的双重迭代问题引起的对机器内存要求高，程序计算效率低的缺点。     

离心压缩机叶轮的形状优化设计

提出一种新的优化方法离心叶轮的形状优化问题，即在遗传算法中加入自适应算子调节个体变异概率，来保证搜索的全局性和种群的多样性。并在寻优过程中加入生物生长来加快其寻优速度。最后，采用遗传算法和改进的遗传算法－生物生长法两种方法，对叶轮进行优化设计。计算结果表明改进的遗传算法－生物生长法，在较少的优化时间得到最优解。     

面向对象的结构可靠性形状优化设计

使用面向对象的程序设计语言VisualC+ + 6.0 ,在面向对象的随机有限元基础上 ,充分利用结构可靠性优化设计方法的通用性和灵活性 ,设计了结构可靠性形状优化设计相关的类及其方法。计算结果表明 ,面向对象的程序设计方法所具有的封装性、继承性和多态性等优点可以简化可靠性形状优化设计方法的编程工作 ,提高程序代码的重复利用率 ,并有效地进行内存管理 ,使得程序结构清晰简洁 ,方便扩充和维护 ;并能有效解决由于结构的可靠性形状优化设计中存在的优化设计变量和计算可靠性指标的双重迭代问题引起的对机器内存要求高 ,程序计算效率低的缺点     

一种连续体形状优化设计的算法

本文阐述了连续体形状优化设计所存在的问题和困难,并引入松驰因子,将不等式约束优化问题转化成等式约束优化问题,从而将连续体形状优化设计的一般问题转化为标准的Bloza问题.构造了哈密顿函数,利用梯度法对哈密顿进行了无约束极小化,形成了无限维空间中的约束梯度法.并利用该算法解决了连续梁的优化设计问题.     

多层复合材料飞轮的应力分析与优化设计

修正多层复合材料飞轮转子因过盈装配产生的应力的计算方法,给出一种飞轮转子在纤维缠绕时产生的应力的计算方法;研究基于改进海明距离的种群初始化方法和基于进化代数的反馈变异方法,提出反馈自适应遗传算法(Feedback adaptive genetic algorithm,FAGA);利用FAGA算法,考虑应力约束、质量约束...     

磁悬浮飞轮转子优化设计与实验

以一种额定转速为5000r/min,额定角动量为50Nms的磁悬浮飞轮转子系统为对象,对混合离散变量非线性优化问题进行了研究。建立了飞轮转子的优化模型,并改进了传统的优化设计方法。采用针对离散变量的全域遍数法,嵌套连续变量的序列二次规划法,对转子系统进行优化设计。在此基础上,考虑转子质心与磁轴承几何中心距离,对转子进行二次优化。结果显示,轮辐为5根时,转子质量达到全域最小,约为7.25kg。根据优化结果研制了一台磁悬浮飞轮,并对优化模型的谐响应分析结果进行实验验证,两者最大误差为2.2%。     

磁悬浮飞轮锁紧装置及其优化设计

针对磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置不可重复锁紧/释放的缺点,提出了一种基于电机、碳纤维弹片和钢丝绳的可重复锁紧装置,并给出了锁紧装置的结构和工作原理。根据执行锁紧过程碳纤维变形状况,将其分为弯曲变形和受压变形两个阶段,并在此基础上对锁紧装置进行了受力分析。利用多学科优化软件iSIGHT集成有限元分析软件对碳纤维弹片进行了优化设计,以材料强度、结构反力和共振频率多学科要求同时作为约束条件,采用针对离散变量的全域遍数法嵌套连续变量的序列二次规划法对碳纤维弹片质量进行优化。优化结果显示,碳纤维弹片个数为12时,碳纤维质量达到最小为46g,比初始质量112g减少了59%。结果表明,该优化方法提高了锁紧装置设计的可靠性和效率,对飞轮系统整体优化设计有重要意义。     

磁悬浮反作用飞轮密封罩结构的优化设计

研究了磁悬浮反作用飞轮密封罩结构的优化设计方法。基于有限元分析理论分别建立了两种外形设计方案的密封罩有限元模型,对密封罩壳体进行了静强度分析并利用特征值屈曲法分析其抗压稳定性,比较了两种设计方案的优缺点;对其中一种壳体的设计方案进行了变外形参数的结构优化设计,通过分析两个关键外形参数和壳体厚度对密封罩整体性能的影响,得出了最优的密封罩设计方案,最终得到壳体的设计质量为0.197 kg,稳定性系数达5.374。该优化设计方法提高了密封罩设计的可靠性和效率,对飞轮系统整体优化设计有重要意义。     

基于Pro/E的400 t冷剪机的飞轮优化设计

冷剪机是冶金行业轧钢生产工艺中用于剪切定尺棒材的机械设备.由于冷剪机在工作过程中存在着巨大的尖峰载荷,所以在动力传递路线的高速轴上需要安装一飞轮.而合理设计飞轮的大小及其转动惯量是降低电机所需功率,改善机械传动构件和电机工作状况的关键.文中通过建立机构剪切模型,对所需飞轮的转动惯量进行了计算.在此基础上,利用Pro/E对飞轮进行了三维实体造型和结构优化设计,可直接获得飞轮的转动惯量.经比较,二者在数值上非常接近,表明文中的设计与计算方法是正确的.通过对飞轮的结构优化,使飞轮的质量减少了近四分之一.     

基于形状约束的双质量飞轮设计理论研究

针对汽车双质量飞轮在低转矩小扭转角应具有柔性和高扭矩大扭转角应具有高反抗转矩的要求,结合产品研发的工程设计,对周向短弹簧双质量飞轮实现连续变刚度的设计目标进行研究与实践,创造性地提出通过改变初级飞轮内侧接触型线以构成形状约束,对构成形状约束曲线进行分析、比较,提出曲线的选择原则。构建基于形状约束的双质量飞轮转矩特性的分析模型,用仿真计算结果与试验进行对比。分析扭转刚度k1及k2对传动系一、二阶共振转速的影响,获得了k2对一阶共振转速影响不敏感、对二阶共振转速的影响明显的结论。在小扭转角条件下减小k1可使一阶共振转速远离怠速转速,对共振完全被隔离是有利的。对基于形状约束双质量飞轮所具有的扭转刚度及共振转速的力学特性进行实例分析,表明连续变刚度非线性扭矩特性具有优势,并能以简单的结构形式,实现兼顾转矩、刚度及隔振的设计期望。     

微框架效应磁悬浮飞轮转子轮缘优化设计

基于由磁阻式锥形磁轴承和洛伦兹力磁轴承组成的五自由度微框架磁悬浮飞轮,对转子轮缘进行了优化设计.根据飞轮转子结构特性,提出以质量为优化目标,对轮缘质量、极转动惯量和一阶共振频率等进行理论分析和研究,确定了优化变量.应用优化设计软件iSIGHT集成有限元分析软件ANSYS,采用序列二次规划算法,以一阶共振频率、极转动惯量、最大等效应力、极惯性矩与赤道惯性矩之比等作为约束条件并考虑轮辐根数对轮缘质量的影响,对轮缘进行了优化计算,得到了相关变量的最优化结果.结果表明,其他变量最优、轮辐根数为3时,轮缘具有最小质量为2.036 kg,比初始质量2.226 kg减小了8.54％.提出的优化方法提高了转子设计的合理性和效率,对飞轮系统整体优化设计具有重要意义.     

飞轮组在电涡流缓速器试验台上的应用

一些机械装置涉及飞轮的设计,它不仅能解决装置的稳定性问题,而且提供了转动惯量。文中从惯性量GD2的基本原理出发,分析缓速器试验台运动部件的转动惯量,并将它产生的转动惯量等价于实车的转动惯量。在一定范围转动惯量下对飞轮组的优化设计,最终使试验台有效地模拟不同转动惯量的汽车。     

磁悬浮飞轮抱式锁紧机构碳纤维弹片优化设计

针对磁悬浮飞轮抱式锁紧机构用一体式碳纤维弹片,提出了一种新型优化方法。通过将碳纤维弹片等效为悬臂梁模型,对其进行静力学和动力学分析,得到其最大过盈摩擦力、锁紧力、解锁力、最大弯曲应力和一阶共振频率。基于有限元法,对弹片进行灵敏度分析,得到弹片上端和下端两组互不相关的结构参数,并分别对两组结构参数进行优化设计。优化结果表明,当弹片个数为12时,质量达到最小60.5 g,比最初170 g减少了64%。根据优化结果研制了一套锁紧机构,利用三轴正弦扫频振动和随机振动试验,检验锁紧机构对磁悬浮飞轮系统的保护效果。结果显示,振动试验中定、转子间最大相对振动位移为50μm,远小于磁悬浮飞轮保护间隙200μm,表明锁紧机构能够对飞轮系统实施有效保护。     

圆盘锻件纯形状锻造模具优化设计

在讨论圆盘锻件模具设计现状的基础上,提出了一种金属成形过程的有限元灵敏度分析方法和以此为基础的模具形状优化设计方法。对圆盘件锻造过程进行了灵敏度分析和模具形状优化设计。结果表明,采用优化设计的预锻模具,可得到侧面无鼓形的纯形状圆盘锻件,并且预锻模具形状光滑、简单、便于加工和锻造生产。为圆盘锻件的纯形状锻造模具设计提供了一种定量分析方法。