GDI喷油器金属注射成形加工技术

GDI喷油器中的磁路零件作为核心部件,对加工技术的要求非常高,而传统金属切削存在效率低、精度低、材料利用率低、性能不稳定等缺点,故将金属注射成形技术(MIM技术)引入GDI喷油器的生产过程中。根据GDI喷油器性能要求和MIM技术的成形特点,选择铁基纳米晶软磁合金粉末Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9作为GDI喷油器磁路零件的成形材料,并对磁路零件进行结构优化设计。通过对样品生产过程的全程跟踪测试,分析了MIM技术较传统技术在生产制造、理化性能、软磁性能等方面的优势。分别采用三维电磁有限元仿真和试验测试的方法,对不同成形技术的GDI喷油器样品进行了性能对比分析。结果表明,采用MIM技术加工的样品有效降低了集肤效应和涡流损耗的影响,启动电流上升速率加快,动态响应时间缩短,动态喷油量升高,并且动态喷油量线性范围扩大,GDI喷油器的综合性能显著提高。     

GDI喷油器结构参数对液力响应特性的影响

利用AMESim软件建立了GDI喷油器机械液压系统动力学仿真模型,研究了不同燃油温度、燃油压力、喷孔直径以及喷孔个数下单因素对液力响应特性的影响。结果表明:燃油压力、喷孔结构对GDI喷油器喷油速率影响很大,喷孔直径与喷孔个数对针阀关闭时刻影响较大,而燃油压力对针阀开闭均有影响。基于响应曲面分析方法研究了单因素交互作用对喷油器液力响应的影响规律。结果表明:喷孔直径与燃油压力、喷孔直径与喷孔个数、喷孔个数与燃油压力间交互作用对最大喷油量影响显著,为GDI喷油器优化设计提供了理论参考。     

基于MOSA算法的高压共轨喷油器多目标仿真优化设计

建立了高压共轨喷油器的Matlab/Simulink仿真模型,采用多目标模拟退火MOSA优化算法作为寻优策略,以针阀开启延迟和关闭延迟为目标函数进行高压共轨喷油器的关键结构参数多目标仿真优化设计。实验结果表明:优化后的高压共轨喷油器针阀开启延迟时间降低16.7%,达到0.25 ms;关闭延迟时间降低15.2%,达到0.78 ms。     

电控汽油喷射器内部流场的数值仿真研究

建立某型汽油机喷油器喷嘴内部的三维计算模型,运用CFD软件对喷油器球阀处于不同升程条件下喷嘴内部流动进行模拟计算,得到了喷嘴内部的压力分布和喷孔出口的速度变化等规律。计算结果可为后继喷雾场研究提供边界条件,对喷油器的结构优化设计具有指导意义。     

基于浮点编码遗传算法的钢闸门主梁优化设计

针对目前钢闸门结构优化设计中存在的问题，建立了钢闸门主梁多目标优化的数学模型，提出了将浮点编码遗传算法与最小偏差法相结合，并将其应用到平面钢闸门主梁的多目标优化设计中，以主梁的重量，主梁抗弯截面模量与截面积的比值为目标函数进行了优化设计。优化结果表明，此方法能够克服传统优化算法极易陷入局部最优的缺点，而且收敛速度快，计算精度高。     

电控喷油器开启过程影响因素分析

以一种电控喷油器的结构为基础，分析了喷油器的工作过程，并建立了喷油器开启动态过程的数学模型，通过数值计算分析了影响喷油器开启过程的主要因素，研究结论对喷油器的设计具有指导作用。     

电动汽车盘式制动器热-结构耦合场的分析

以某电动汽车的前轮盘式制动器为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS采用非线性有限元多物理场方法建立盘式制动器有限元模型;在确定模型求解的分析步、载荷以及边界条件的基础上进行盘式制动器的热-结构耦合场的仿真分析;通过在紧急制动工况下对实例电动汽车盘式制动器热-结构耦合场的瞬态应力场与温度场进行的仿真分析,得到了制动盘的温度场和应力场分布图,结果表明所设计的电动汽车盘式制动器制动盘的强度满足要求。     

嵌入式超磁致伸缩构件多场耦合优化

建立了嵌入式超磁致伸缩GMM构件的机、电、磁、热多场优化模型,并采用多目标遗传算法实现了GMM构件的多场耦合模型优化。由GMM构件的一般设计准则和异形孔精密加工工艺要求,确定模型优化目标包括:合理的驱动刚度和较大的抗扭转刚度;驱动线圈效率系数大;空心线圈产生的高强度磁场;减少导磁回路磁阻,使GMM内部磁场强度高;强制水冷腔的散热效率高。优化变量包括:GMM的尺寸、导磁材料的磁导率以及磁回路、线圈、水冷腔体的结构。根据设计要求选取变量范围,采用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到了GMM构件主要结构参数,并通过试验和磁场仿真验证了结构设计方法的正确性。     

混流式水轮发电机组主轴系统的模糊优化设计

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,用有限单元法建立系统的非线性全局耦合动态方程,并在此动态方程的基础上,运用模糊优化理论,建立以主轴系统动态性能为目标函数、以主轴系统的结构参数为设计变量、具有模糊约束的优化设计数学模型,给出求解此模型的方法,并通过实例对其进行仿真。仿真结果表明:所采用的模糊优化方法体现了主轴系统约束条件的模糊性,比较符合机组设计的实际情况,为进一步研究混流式水轮发电机组的多目标优化设计提供参考。     

直流电弧的多物理场仿真研究

从磁流体动力学的基础理论出发,建立了直流电弧电磁场、温度场、流场耦合的数学模型,采用添加源项的方式将电弧功率耦合至其它物理场,利用有限元仿真软件仿真计算直流断路器触头开距为5 mm电弧在不同电弧电流下的温度、速度、压力分布。仿真结果表明,电弧温度呈典型的“钟罩”形状,电弧速度呈先增大后减小趋势,电弧压力呈高-低-高的压力分布;电弧电流增大时,各物理场非线性相关且各物理场相互作用效果明显。     

圆盘式磁流变制动器仿真优化设计

为了改进磁流变制动器的性能,提出了一种基于结构与磁路耦合模型仿真分析的优化设计方法。该方法以最大化制动器的制动力矩和最小化制动器的质量为目标,采用变动权系数的策略将多目标化为单目标,然后运用ANSYS的参数化有限元仿真优化工具进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳几何参数。在此基础上,加工制造出实物样机,设计并搭建磁流变制动器性能测试平台,实验和仿真结果表明该设计方案能较好满足制动器的制动力矩和磁路设计的要求。     

红三叶种子丸粒化工作参数多目标优化

针对红三叶种子丸粒化包衣存在丸化合格率低、丸化设备参数优选困难等问题,以单籽丸化合格率与单籽抗压强度作为丸粒化包衣性能指标,利用多目标优化方法对红三叶种子丸粒化包衣工作参数进行优选。采用二次正交试验获取不同包衣锅工作参数下的丸粒化包衣性能指标值,通过Design-Expert软件建立相应的二阶回归方程并进行回归模型单目标优化。结果显示红三叶种子单籽丸化合格率及单籽抗压强度模型用于种子丸化包衣性能预测分析的准确性,单籽丸化合格率预测值与物理试验值相对误差为0.15%,单籽抗压强度预测值与物理试验值相对误差为5.85%;通过多目标优化分析,确定红三叶种子最佳工作参数为包衣锅振动频率15 Hz、包衣锅转速59 r/min、包衣锅倾角35°。     

液力增压式喷油器参数对喷射过程的影响

利用HYDSIM软件,通过对液力增压式喷油器的喷射过程进行模拟计算,分析了液力增压式喷油器主要结构参数对喷射过程的影响,为液力增压式喷油器结构参数的优化提供了理论依据。     

基于改进布谷鸟搜索的轴向永磁联轴器模糊优化设计

研究了轴向永磁联轴器的结构优化设计。首先根据层模型理论,以轴向永磁联轴器的关键结构参数(气隙长度、铜盘厚度等)为设计变量,以成本最低、输出转矩最大以及涡流损耗最小3个性能为多优化目标,建立了轴向永磁联轴器的数学优化模型;其次是将混沌搜索和自校正权重引入到布谷鸟搜索方法中,提出了一种改进的布谷鸟搜索方法;然后,利用模糊理论将多目标优化问题转换为单目标问题,并运用改进布谷鸟搜索算法优化求解;最后,对结构参数优化后的轴向永磁联轴器性能进行了ANSYS仿真,而且制作样机并进行了试验测试。仿真和试验结果表明:提出的优化结果优于遗传算法和粒子群优化等方法,与标准模型相比,成本降低了9%,转矩提高了15%,涡流损耗减少了10%。     

自动化茶叶揉捻机自复位锁紧装置的多目标优化设计

课题组根据茶叶揉捻机工作需求,设计了一款自动化茶叶揉捻机。以自复位锁紧装置的设计参数为变量,以推杆推力最小和自复位锁紧装置推杆行程最小为优化目标,在满足自复位锁紧装置功能需求的前提下,采用多目标优化设计的方法建立自复位锁紧装置的多目标优化数学模型,求解自复位锁紧装置的最佳设计参数。经过目标优化后,自复位锁紧装置的旋转推杆、最大旋转角度等参数得到了优化,节约了自复位锁紧装置的生产成本,为自动化茶叶揉捻机物理样机制造奠定了坚实基础。     

轴流泵叶片多学科设计优化

在对水力性能和结构分别进行学科分析的基础上,通过2个学科的耦合关系,建立了轴流泵叶片多学科设计优化的数学模型。采用协同优化算法,实现了同时满足叶轮效率最高和叶片质量最轻的优化目标。优化结果表明,多学科设计优化提高了轴流泵叶片的综合性能,可有效兼顾高效、轻量化的要求。水泵叶片多学科设计优化模型的协同优化算法高效、可行。     

基于NSGA-Ⅱ悬架参数优化设计

基于车辆系统动力学分析与最优化设计,提出了混合多目标客车悬架系统优化的数学模型。以车辆乘坐舒适性、结构空间、行驶安全性为优化目标,选择悬架系统的弹簧刚度和减振器阻尼作为优化参数,建立多目标优化函数。以四分之一车辆模型为例,采用最近发展起来的具有优良性能的多目标遗传算法NSGA-Ⅱ为优化方法来求全局最优解。通过比较优化前后的仿真结果,可以看出优化后客车的各项性能都有了不同程度的提高,表明该遗传算法在悬架参数优化方面具有较好的效果。     

柔性机械手机械结构与自适应控制全局优化设计

针对柔性机械手研究中未将控制器和机械结构之间的耦合同时加以考虑的问题,在整体优化目标下,通过使用适用于各种几何约束的自适应迭代算法来获取机械臂状态和控制器参数,以结构优化为外循环,以LQR控制律优化为内循环,设计了全局优化设计方法,将柔性机械手机械结构的设计与控制算法的设计有机结合在一起.并以单关节柔性臂的设计为例进行了仿真,仿真结果表明,将控制律与结构优化综合考虑的方法有效、可行.     

基于多路由协议的株间锄草机器人结构和控制优化设计

为获得理想的苗间机械锄草效果,提出了一种新的锄草机器人结构优化方法.该方法主要采用多目标优化模型对锄草末端结构进行设计,采用多路由协议对多锄草机器人进行协同控制,大大提高了田间锄草机器人的工作效率.在建立了机械锄草齿运动轨迹数学模型的基础上,结合现代农艺对机械锄草参数的限定及要求,建立了多目标优化模型,并利用MatLab优化工具箱得到最优解,将其应用在多机器人系统控制的多路由协议框架中.为了验证优化方法的有效性,在田间对多锄草机器人协同作业进行了试验,结果表明:优化后的多路由锄草机器人不仅大大提高了作业速度和锄草效率,而且降低了作物苗损失率,为大型中耕除草机的设计提供了理论依据.     

基于多目标遗传算法反求土壤的扩散率与导水率

土壤水热耦合运移的数学模型是研究土壤中水分迁移及其热量传输的重要依据,而准确地确定土壤的扩散率与导水率是进行研究的重要前提.为此,在水热耦合运移方程的理论基础上,以温度误差、含水率误差最小为目标建立数学模型;在不同初始含水率的土柱冻结试验条件下,利用多目标遗传算法优化反求土壤的扩散率与导水率,通过验证表明计算结果具有较好的精度.