基于响应面法对注塑工艺参数的优化

针对注塑过程中影响产品质量的工艺参数过多、难以选择合适参数提高产品质量的问题,提出了一种基于Taguchi试验设计和响应面法相结合的新型注塑模工艺参数优化筛选方法。以对合针槽为研究对象,选取模具温度、熔体温度、注射压力、填充时间、保压压力、保压时间、冷却时间为试验变量,产品质量以翘曲变形量和体积收缩率为响应变量,采用模糊映射法对响应变量进行综合评判,得到总评分,通过Taguchi试验筛选出对总评分影响程度最大的试验变量,再利用响应面法建立试验变量与响应变量的响应面模型,然后结合多目标遗传算法进行优化求解,最后代入Moldflow模流分析软件进行验证。结果表明,利用筛选后的试验变量建立的响应面模型是可靠的,对提高产品质量有效。     

基于响应面法的上游泵送机械密封优化

为了找出更有效的优化方法,在考虑空化模型的基础上,以螺旋槽的几何参数(槽深h、螺旋角α、槽径宽径比β以及槽区宽度比γ)为设计变量,以泄漏量为优化目标,采用均匀试验设计法设计了50组机械密封端面槽型几何参数值,并利用CFD方法计算目标函数值,从而建立端面槽型几何参数和泄漏量的回归模型.运用Matlab软件绘制等值云图,利用响应面法分析端面槽型几何参数槽深、螺旋角、槽径宽径比以及槽区宽度比之间的交互作用对泄漏量的影响,并对机械密封微间隙内流场进行数值模拟验证,从而得到端面参数的最佳组合.研究表明:采用响应面法对上游泵送机械密封进行优化可行;螺旋槽的槽深h、螺旋角α、槽径宽径比β、槽区宽度比γ分别在6~12 μm,16°~20°,0.35~0.55和0.45~0.6取值时,能够获得更好的密封性能.     

基于响应面法的旋流泵优化设计

以旋流泵最高效率、高效区范围及在小流量区的扬程-流量曲线稳定性为目标函数,先采用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为3个等级:显著因素、次显著因素和非显著因素;再由中心复合设计和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点.该方法以CFD计算结果为基础,构造旋流泵的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应.对最优设计点的泵进行了试验研究,试验结果与CFD计算值吻合,在设计工况下效率的相对误差为4.89％,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面法可用于旋流泵的优化设计.     

基于响应曲面法的氟塑料两相流泵优化设计

为提高氟塑料两相流离心泵的效率及降低磨损率,基于离散颗粒模型(DPM)对氟塑料两相流泵内部流场进行模拟仿真,结合FINNIE磨损模型,对泵叶轮的磨损情况进行预测,采用响应曲面法,以叶轮的主要几何参数为变量,构建各优化目标的数学模型,利用Matlab绘制上述6个叶轮外形参数与各优化目标之间的3D响应面图形,并通过Matlab统一各数学模型,对SJB400-250-300型氟塑料离心泵叶轮的外形参数组合进行寻优,得到最优参数组合.研究结果表明,氟塑料离心泵叶轮的各外形参数之间存在交互性影响,当叶轮进口直径D₁、叶片包角φ、叶片进口安放角β₁、出口角安放角β₂、叶片出口宽度b₂取高水平,叶轮出口直径D₂取低水平时,能够获得更好的综合性能,优化获得模型相较于原模型,效率提升8.98%、磨损率下降了6.64%.通过对参数和优化目标间的交互关系进行分析总结,得到了叶轮各几何参数及各性能参数之间交互作用对优化目标的影响,为氟塑料两相流离心泵的性能优化设计提供依据.     

基于响应面法的永磁联轴器优化设计

为优化筒式永磁联轴器结构,建立其参数化有限元仿真模型,以增加转矩涡流损耗比为优化目标的响应面法为设计思路,以磁极对数、永磁体厚度、铜套厚度、气隙厚度等主要结构参数为设计变量,通过Design Expert软件中Box-Behnken组合设计方法进行响应面试验设计,利用Ansoft Maxwell有限元分析软件仿真结果确定样本数据,进一步拟合出永磁联轴器优化目标的响应面回归模型,分析模型的有效性并进行优化求解。优化结果表明,结构优化后的永磁联轴器转矩涡流损耗比从0.133 0 N·m/W增加到0.144 8 N·m/W,提升了8.87%,使得永磁联轴器结构得到优化,传动性能得到改进,进一步验证了本文设计方法的有效性和设计结构的合理性。     

高强钢板热冲压模具冷却水道优化设计

利用ANSYS/LS-DYNA模块对保压淬火过程零件及模具的温度场分布进行了数值模拟,分析高强钢板热冲压模具冷却系统均布水道的不足.在此基础上通过APDL参数化编程语言,选择零阶与一阶搜索相结合的优化算法,编写优化程序,以模具冷却水道半径、相邻水道间隔尺寸和水道与模面距离等参数为优化变量,以板料温度分布均匀和保证降温速率达到临界冷却速率为优化目标建立目标函数,优化后目标函数值为26.553(优化前为64.404).对优化前后成形件的温度分布进行了比较,得到成形件最高温度下降了44.5％,最低温度下降了14.5％,实现了对冷却水道各参数的优化.最后通过实验验证了优化结果的正确性.     

基于响应面和遗传算法的尾座式无人机结构参数优化

设计了一种垂直起降尾座式无人机,利用中心组合试验(Central composite design,CCD)对无人机的翼展长、后掠角、小翼高和小翼厚4个结构参数进行设计,构建了25组样本点。利用ANSYS CFX进行升阻比和阻力数值模拟,通过Design-Expert软件建立无人机结构参数与升阻比、阻力的响应面模型,其中升阻比随着翼展长和小翼高的增加而增大,后掠角和小翼高对升阻比的影响较小,当攻角为4°～8°时,升阻比随小翼厚的增加而减小,当攻角为10°～12°时,升阻比随小翼厚的增加而增大;阻力随着翼展长和小翼厚的增加而增大,随小翼高的增加而减小,随后掠角的增加先增大后减小。以升阻比最大和阻力最小为优化目标,采用多目标遗传算法进行结构参数优化,得到最优结构参数为:翼展长1 123 mm、后掠角34°、小翼高39 mm、小翼厚3 mm,与原始样机相比升阻比提高了12. 4%,阻力降低了5. 3%。采用风洞试验对响应面模型进行了验证,其中升阻比和阻力的数值模拟相对误差小于8. 0%,响应面模型相对误差小于3%,表明响应面模型具有较高的精度和良好的通用性,可用于垂直起降尾座式无人机的优化设计。     

锤片式粉碎机锤片结构参数优化设计

以某一型号的锤片式粉碎机锤片为研究对象,对锤片进行有限元分析,利用响应面法和遗传算法结合的方法对锤片进行结构参数优化设计。首先对锤片的结构参数进行灵敏度分析试验,利用Box-Benhnken试验对锤片结构参数进行设计,构建样本点,建立锤片的结构参数和最大变形量的响应面模型,并抽取样本点进行有限元分析验证响应面模型的准确性。以锤片最大变形量最小为优化目标,采用遗传算法进行结构的参数优化得到最优结构参数,结果显示:最大变形量比优化之前减小了39.7%,锤片性能得到了提高。进行试验验证,旨在为现代农业机械机构的参数优化提供参考。     

油菜分段收获捡拾脱粒机捡拾损失响应面分析

为降低捡拾脱粒机捡拾损失,采用响应面分析方法对捡拾部件的参数进行试验.试验结果和分析表明:影响捡拾损失的重要因素是机组前进速度、输送带速和输送倾角;3个影响因素按重要性排序为:机组作业速度、输送带速、输送倾角.确定了一组最优的参数组合:机组前进速度0.80 m/s,输送带速0.78 m/s,输送倾角11.19°,优化后捡拾损失率的理论值为2.91％.考虑实际机械作业过程中的参数调整问题,推荐参数组合为:机组前进速度0.71 m/s,输送带速0.80 m/s,输送倾角12°.     

螺旋锥齿轮齿面误差修

研究了基于数控加工螺旋锥齿轮齿面误差修正技术.提出了一种由摇台型机床调整参数向Free-Form机床转换的方法,建立了基于数控加工齿面误差模型;在此基础上,以齿面误差平方和最小为目标函数,优化摇台型机床调整参数,再将其转换为数控加工形式,从而实现数控齿面修正.最后通过算例表明,经过改变加权系数和优化可以达到齿面误差较高精度修正要求.     

基于ABAQUS的金属板料激光冲击成形数值模拟

在激光冲击波加载转换模型的基础上，以有限元分析软件ABAQUS／CAE为平台，对圆形板料进行了直线形轨迹和圆形轨迹多点冲击成形的数值模拟，探索了冲击轨迹、应力分布和板料变形之间的相互关系。数值模拟分析表明，对圆形板料进行多点冲击成形时，选择圆形轨迹是最佳的。根据模拟结果对铝合金板料试样进行了无间隔冲击成形的实验，获得了和数值模拟相同的成形结果，模拟和实验结果一致性较好。     

金属板料成形过程的数值分析

采用刚塑性大变形有限元法成功地模拟了圆板半球凸模胀形的成形过程，分析了材料参数即应变硬化指数，应变速率敏感指数，厚向异性系数和摩擦条件艰胀形件厚度分布的影响。将含有变形损伤效应的本构方程应用于有限元模拟程序，对叠加静水压力对材料内部孔洞长大过程的影响进行了数值分析。模拟结果与实验结果吻合，从而为应用有限元法指导板料成表的工艺设计提供了依据。     

动态显式分析在冲压件结构优化设计中的运用

针对车身冲压件结构复杂,成形易产生缺陷的特点,运用非线性动态显式有限元方法,采用弹塑性各向同性材料本构模型,提出了基于非线性动态显式分析的冲压件结构设计优化方法。利用MSC-Dytran对某型号轿车的前横梁托架进行冲压过程的计算机模拟,对零件毛坯在冲压成形后的缺陷进行了分析,提出了结构修改方案,最终完成了结构优化设计。结果表明,零件结构修改可以有效避免冲压缺陷产生,并说明用非线性动态显式有限元方法进行冲压过程分析结果的可靠性和基于非线性动态显式分析的冲压件结构设计优化方法的可行性。     

筒形件拉深孔成形工艺数值模拟分析

提出了一种能提高板料成形性能的拉深孔成形工艺,该工艺是通过减小拉深时凹模圆角处对板料的压应力,实现对板料成形性能的优化。以带凸缘的圆筒形件为研究对象,对采用该工艺进行拉深有限元模拟,从拉深后拉深件的危险断面处厚度减薄率和成形极限图方面得到了很好验证,同时分析了该工艺的成形机理和力学特征,并阐明了该工艺是提高板料成形性能的技术关键。     

果园开沟施肥机机架优化设计与试验

为提高果园开沟施肥机的动态作业性能，避免共振的发生，同时保证作业时开沟一致性及施肥稳定性，对其机架进行多目标优化设计。首先，建立果园开沟施肥机机架的参数化模型及有限元模型。其次，通过模态分析，得出机架的固有频率及振型，研究其对整机动态性能的影响，将一阶模态频率设定为目标函数。通过机架灵敏度分析，得到各杆件厚度对一阶模态频率的灵敏度，将灵敏度杆件的厚度设定为设计变量，将其厚度变化范围设定为约束条件。根据现代农机结构轻量化设计的要求，将机架的质量也作为目标函数。以目标函数、设计变量、约束条件为基础，构建机架多目标优化的数学模型。然后，基于Hammersley抽样方法，按约束条件选取42组试验样本进行试验设计，并计算其对应的目标值。根据试验设计结果，选用移动最小二乘法并拟合出对应响应面。其中，一阶模态频率响应面模型的决定系数R2=0.9974，质量响应面模型的决定系数R2=0.9999，均大于拟合模型要求的精度0.9，拟合精度较高，满足设计要求。最后，基于响应面以及多目标遗传算法对果园开沟施肥机机架进行结构优化设计。优化结果表明：优化后的果园开沟施肥机机架一阶模态频率由原来的35.39Hz提高到38.31Hz，提高了8.25%，且远离拖拉机的输入频率35Hz；优化后质量为389kg，满足在提升一阶模态频率下，质量最小的要求。优化后果园开沟施肥机作业的开沟一致性系数和施肥稳定性系数比优化前分别提高3.72%、3.57%，提升效果明显，满足果园开沟施肥生产要求。     

黑土区玉米秸秆-土壤混料离散元模型参数标定

由于黑土区保护性耕作中关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,在一定程度上制约了机具的优化改进。以黑土区玉米秸秆-土壤混料为研究对象,构建玉米秸秆-土壤混料离散元仿真模型,采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行离散元仿真接触参数标定。首先,采用圆筒提升的方法确定玉米秸秆-土壤混料的实际堆积角,利用Design-Expert软件中Plackett-Burman试验筛选出对堆积角有显著影响的参数为：土壤-土壤滚动摩擦因数、土壤-钢静摩擦因数、秸秆-土壤滚动摩擦因数、土壤JKR表面能;进一步通过最陡爬坡试验确定4个参数的最优取值范围,根据Box-Behnken试验原理以堆积角为响应值,建立堆积角与显著参数的二次回归模型;以实际堆积角为目标,利用软件寻优功能对显著参数进行优化并得到最优参数组合：秸秆-土壤滚动摩擦因数0.16、土壤-土壤滚动摩擦因数0.24、土壤-钢静摩擦因数0.75、土壤JKR表面能0.67J/m2。通过仿真试验对最优参数组合进行对比验证,仿真堆积角与物理试验堆积角相对误差为1.64%。研究结果表明标定的参数真实可靠,可为黑土区玉米秸秆-土壤混料的离散元仿真提供理论参考。     

冬枣辅助采摘车车架结构优化设计——基于层次分析法

为了提升冬枣辅助采摘车的作业性能,对车架结构做了多目标优化设计。在不改变车架原有设计结构的基础上,选取车架19个主要构件的厚度作为设计变量,通过Pro/E和AWB软件建立了车架有限元模型。为了能够准确得到有限元分析数据,设计了试验验证,并对车架进行了有限元静动力学分分析。为了得到车架各性能参数随设计变量变化的灵敏度,使用了AWB作为计算软件,并结合灵敏度分析结果,选取了对车架动静态性能影响较大的设计变量,建立了数学模型并求解得到5组解。同时,采用层次分析法对所得的5组解进行决策优选,获得了最优设计方案。研究表明:建立的有限元模型合理准确;采用层次分析法优化后较优化前车架总质量降低7. 01%,低阶频率提高2. 17%,最大应力降低7. 32%。     

基于响应面的前纵梁柔性焊装夹具优化设计

前纵梁由薄板冲压件焊接而成,具有薄板冲压件的易变形性和制造误差特性。提出一种基于响应面与3DCS仿真分析相结合的汽车前纵梁柔性焊装夹具定位点布置方案设计的方法。对某汽车前纵梁装配过程进行偏差仿真分析,建立能够反映装配偏差源与装配偏差关系的仿真模型。结合汽车前纵梁结构特性以定位点横坐标为设计变量,通过响应面法中Box-Behnken Design(BBD)实验设计方法设计出试验样本方案。利用3DCS偏差分析软件建立某汽车前纵梁柔性装配偏差仿真模型,仿真分析得到装配偏差值,以关键测点偏差的6σ值的均方根作为系统响应,构建响应面代理模型。最后,用Design-Expert软件优化出让装配偏差最小的最优布置方案。     

香蕉秸秆离散元仿真粘结模型参数标定与试验

为提高离散元法对指导香蕉秸秆粉碎还田装备设计与优化的准确性与可靠性,本文利用Hertz-Mindlin with bonding接触模型建立香蕉秸秆离散元粘结模型并进行参数标定。运用高速摄影技术开展碰撞恢复试验、静摩擦及滚动摩擦台架试验,确定了香蕉秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数等基本离散元模型接触参数。开展香蕉秸秆物理与仿真剪切试验,获得破坏香蕉秸秆外皮的力学特征曲线,确定物理最大剪切力为122.41N;通过中心组合设计（Central composite design, CCD）响应面法确定香蕉秸秆粘结模型的法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力的最佳参数组合为5.89×107N/m、2.49×106N/m、1.39×105Pa、1.34×105Pa。以参数标定结果进行仿真验证,结果表明,仿真剪切力结果与物理剪切力相对误差仅为2.34%,验证了该粘结参数标定方法的可行性,可为香蕉秸秆粉碎还田机设计与研究提供理论参考。