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目录

1. 第一篇机械优化设计论文范文参考：磁力机械多场耦合及多学科优化设计
2. 第二篇机械优化设计论文样文：基于CFD方法的叶轮机械优化设计理论及实例
3. 第三篇机械优化设计论文范文模板：基于仿真分析的复杂机械产品多学科设计优化方法研究
4. 第四篇机械优化设计论文范例：机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用
5. 第五篇机械优化设计论文范文格式：基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究

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第一篇机械优化设计论文范文参考：磁力机械多场耦合及多学科优化设计

磁力机械的工作过程涉及到机械学、电磁学、材料学等多个学科,其内部普遍存在着电磁场、温度场、运动场等多个物理场,场内及场间存在着相互制约关系和耦联作用,它们决定了各子系统物理参数的变化关系和工作可靠性.磁力机械的分析研究与设计优化必须考虑这些耦合关系.论文系统地研究了磁力机械中存在的多场耦合及分析方法,并引入了考虑多场耦合的多学科优化设计方法,在一定程度上完善了磁力机械设计体系,并为求解类似的机电耦合系统提供了解决方案.

论文从课题的研究背景出发,对磁力机械、动态特性研究、多场耦合及多学科优化问题的概念、特点、国内外研究现状进行了归纳总结,指出了现有设计分析方法的不足,分析了考虑多场耦合的多学科优化设计的重要意义.列举了磁力机械分析中的物理场数学模型,提出了通用的场描述数学模型,并讨论了场量方程的耦合矩阵形式,为全文的研究奠定了基础.

论文在对多种局部耦合问题分类分析的基础上,建立了磁力机械的全局耦合分析模型,讨论了多场耦合的求解思路.系统性地研究了多场耦合问题的求解方法,包括场分解方法、耦合策略、耦合算法等.通过对各子问题求解过程的共性分析,明确了可进行表达、传递的数据信息和方法,并提出使用语义描述、数据传递及知识工程建立多场耦合分析系统的方法.为分析动态特性、热效应等具体的多场耦合问题提供了方法基础.

对于磁力机械设计中的动态特性分析问题,论文在通用模型的基础上给出了适应不同情况的数学模型.针对微分方程,提出了基于交替迭代策略的间接耦合方法和基于全耦合策略的将耦合矩阵方程进行时空离散的直接耦合方法,求解了电-磁-运动的动力学耦合场问题,计算了动态设计参数,得到了动态特性曲线.对于磁力机械中电磁及机械运动共同作用下的温度场问题,论文详细分析了随时间变化的热源、热边界,热系数、传热机制等,并将机械损耗产生的热量纳入分析热源中.论述了磁力机械温度场与电磁场、机械运动的耦合关系,使用时步迭代方法解决了电磁-机械-热耦合问题,通过摩擦式电磁离合器主动组件的三维温度场分析实例详细说明了考虑耦合的温度场有限元分析方法和过程.

将考虑多场耦合的多学科设计方法引入到磁力机械的优化设计中,避免了复杂系统计算时间过长、逻辑混乱的问题,以及传统串行算法割裂学科间耦合关系难以求解全局最优解的问题.为了解决CO算法不容易收敛的问题,提出了CO与SAND方法结合的二级多学科优化算法,给出了算法架构和计算流程.计算证明该方法有效地减少了子系统优化迭代次数,增强了算法的收敛性能.由于学科分析采用计算机模拟,计算时间长,因此优化中采用近似技术减少了繁琐的模拟计算,节省了时间和计算资源.最后用摩擦式电磁离合器的优化实例详细说明多学科优化设计方法的分析过程,并计算得到了优化结果,达到了多个优化目标.

第二篇机械优化设计论文样文：基于CFD方法的叶轮机械优化设计理论及实例

现代叶轮机械朝着高负荷、高效能、低噪音等方向发展,这种趋势对其研究和设计提出了日益苛刻的要求.本文基于CFD方法,对叶轮机械优化设计理论方面进行了探讨,并且针对离心压气机、风力机以及对转涡轮等对象展开了相关的理论研究和实际设计工作.

论文进行的工作如下:

1针对离心压气机,进行相关设计的一些基本理论与优化设计的方法研究,对离心叶轮优化的敏感参数进行了提炼,并且采用CFD的方法,对SRV2叶轮高压比离心叶轮进行了针对压比和效率两个目标的最优化NS设计,优化策略采用三维型线优化,设计结果显示,该方法可以使该叶轮总压比和效率获得较大的提升.

2风力机翼型特性决定了整个风力机的性能,论文开展了基于CFD方法的多种湍流模型对风力机翼型气动特性预测精度影响的研究,并在此基础之上进行了开缝式风力机性能研究,研究结果表明风力机开缝可以获得较好的静态失速特性.论文还基于CFD方法,建立了风力机翼型优化设计平台,并且成功地设计出两种具有较好攻角特性的翼型.

3 1+1/2对转涡轮的出功比控制是对转涡轮进一步应用的关键难点问题.论文通过对低压动叶弯曲成型方法控制,进行降低对转涡轮出功比研究,结果表明,在低压动叶上通过采用叶片正弯方法造型,可以在保证效率保持不变的前提条件下,使得高低压涡轮出功比降低2.6%.

第三篇机械优化设计论文范文模板：基于仿真分析的复杂机械产品多学科设计优化方法研究

高效精密化、智能集成化、虚拟数字化是现代机械产品设计的发展方向,为了以尽可能高的效率获得复杂机械产品尽可能优的设计方案,提出将航空领域发展起来的多学科设计优化方法应用于复杂机械产品设计领域,探索并研究出一种基于虚拟样机技术,融合多学科设计优化方法的现代产品数字化设计方法.

深入研究并归纳总结了多学科设计优化的技术要素,形成面向机械设计领域比较完善的多学科设计优化技术应用体系.针对多领域CAD/CAE建模中存在的视图一致性难题,提出以主模型视图为导向的多学科视图建模技术.探讨多学科视图模型之间协调一致的保证体系,消除多学科视图模型的动态冲突,保证多学科视图模型之间动态交互与信息共享.通过创立支撑产品设计的参数化模型以及可对产品性能进行优化设计的虚拟样机,来实现对国外产品及专利的引进、消化、吸收和再创新.应用共享网格技术,解决数字化环境下多学科CAE视图模型耦合仿真的难题.

探索将多学科设计优化方法具体融入复杂机械产品的数字化设计流程,分析了产品设计不同阶段多学科设计优化的应用特征.通过将多学科设计优化方法与虚拟样机设计流程融合,提出一种新的虚拟样机多学科优化设计模式,构建了以虚拟样机为核心的产品多学科设计优化集成平台,给出虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程,实现机械产品的多学科集成自动化设计,解决复杂机械产品多性能动态优化问题,为产品的数字化设计提供了更高层次的应用平台.通过商用软件集成化组装,提出复杂机械产品多学科设计优化的集成平台解决方案,实现通用软件专业化应用的目的,为现代产品的一体化设计提供了比较完善的实施方案,使传统设计模式向并行化、一体化的先进模式转化.

提出应用多学科设计优化方法设计汽车这一新思想.研究将多学科设计优化方法具体应用到汽车设计的不同阶段,给出汽车多学科集成分析与优化流程,实现汽车多性能的集成全分析与优化仿真.对照传统的螺杆压缩机经验设计,提出基于多学科设计优化的新型螺杆制冷压缩机多学科集成化设计模式.通过建立工作过程的流场仿真模型、结构有限元分析模型和流固耦合分析的多学科数字化仿真模型,创立可以全面分析螺杆压缩机工作特性的多学科模型系统,进一步研究并实施新型螺杆制冷压缩机产品的设计、分析与优化、仿真相集成的一体化,为实现复杂机械产品的传统设计向预测设计的转变进行了有意义的尝试.

第四篇机械优化设计论文范例：机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用

产品可靠性维修性是产品固有属性,二者共同作用决定了产品的可用性.产品可靠性维修性在设计时即已经赋予,并通过制造、使用、维护来保证.可靠性维修性设计方法研究主要集中在军工、电气电子、发电站等领域.而随着工程机械在国民经济发展中地位日益提高,对工程机械可靠性维修性要求也越来越高,国内工程机械产品与国外同类产品相比,甚至与国内其它行业产品相比还相差很远.针对国内工程机械产品可靠性维修性较低的现状,在重点研究机械产品可靠性维修性设计方法的同时,对研究成果在工程机械设计中的应用进行了研究.

通过对产品全生命周期费用与产品可靠性维修性之间关系的研究,提出基于可靠性维修性综合优化设计方法.首先,对产品生命周期费用的组成进行了分析研究,给出了生命周期各项费用与可靠性之间的函数关系,结果表明,产品成本随可靠度的提高而提高,当产品失效时造成的直接损失和间接损失也随成本的增加而提高,通过对各项费用之间关系的研究,以及产品可靠性维修性对产品使用性能的作用,提出了基于全生命周期投资．效益准则可靠性维修性综合优化设计方法,建立了可靠性维修性综合优化分配模型,通过该优化模型,可以确定最优的可靠度和维修度.

对适合产品不同设计阶段的可靠性维修性具体分配方法进行了研究,为可靠性维修性设计目标的制定提供了依据.

可靠性维修性分配是进行产品可靠性维修性开发过程中的一个重要工作,目的是将优化确定的系统的可靠性维修性总指标,转换为每一个分系统的可靠性维修性指标,用以指导分系统的开发.在进行分配方法研究之前,首先对工程机械的可靠性定性、定量指标和维修性定性、定量指标进行了研究,在此基础上对分配方法开展了研究.

提出了模糊层次分析法进行可靠度分配,层次分析法是进行模糊决策的有效方法,将模糊数学与层次分析相结合,形成了模糊层次分析方法,主要用来分析模糊决策问题.而可靠性分配模糊性较强,因此,将模糊三角数应用到可靠度分配中的专家评判中,体现了专家评判的模糊性,通过建立层次结构模型和模糊评判矩阵,采用概率方法计算权重,最终以装载机车桥为例进行可靠性分配验证,结果表明该方法是有效的.该分配方法适合于对产品进行创新设计时的可靠性分配,主要体现专家的设计意图.比例组合进行可靠度分配适用于产品的再设计,主要目的对旧的产品进行可靠性提高,基于以上两种方法提出了复合法进行可靠性分配,该方法将以上两种方法按权重复合,拥有以上两种方法的优点,面向产品的全生命周期.

对维修性分配方法进行了研究,对适合产品创新设计加权因子分配法进行了研究,提出了适合工程机械的加权因子分配模型,确定了因子的组成和权重,加权因子越大,维修性越差.从全生命周期费用角度出发,提出了维修费用最少的维修度分配方法,通过对维修费用与单元维修性的关系研究,建立了优化分配模型,提出目标函数和约束条件,采用外点惩罚函数法,将约束条件和目标函数构造新惩罚函数,从而将约束优化问题转化为无约束优化问题求解.

建立了适合工程机械构件寿命预估的疲劳失效和磨损失效的寿命计算模型,通过该模型可以方便的进行寿命估计.

通过分析工程机械的主要失效形式,研究其失效机理,以装载机工作装置为例,进行了工作装置各主要构件主要失效形式的确定,最终得出工作装置各构件的主要失效形式为疲劳失效和磨损失效.

针对疲劳失效,建立了构件疲劳寿命计算模型.通过多体动力学软件ADAMS建立了装载机工作装置虚拟样机模型,运用该模型进行载荷的计算,确定载荷的大小和作用方向,将得到的载荷结果加载到结构有限元模型上,通过有限元分析得到构件随时间变化的应力结果,结果表明该随机应力并不是标准的分布,传统的疲劳理论并不适合,由此建立了等效疲劳累积方法,进行构件疲劳寿命预估.

针对磨损失效,建立了基于磨损量的磨损寿命计算模型.基于建立的销轴磨损模型,分别通过ADAMS软件进行了磨损行程和销轴最大受力的计算,然后建立了接触压力计算模型,根据此模型,进行了磨损强度的确定,从而根据磨损寿命计算模型,估计出基于磨损量的使用寿命.

提出了工程机械维修性评估模型.通过研究国家军用标准和美军军用标准,分析了影响工程机械维修性的组成因素,确定了各因素对维修性的影响权重.重点进行了维修单元拆卸性评定,建立了拆卸顺序生成模型,由此模型生成了零部件的拆卸顺序,并计算出拆卸时间,得到拆卸效率,最终根据影响维修性的各因素及权重,得到构件的维修性度量.

通过对可靠性维修性定义的研究,提出了可靠度维修度计算模型,运用该模型可以准确计算产品的使用可靠度和维修度.

提出并建立了工程机械数据流通网络,通过该网络,可以收集到完整的产品可靠性维修性数据,基于完整的可靠性维修性数据,采用优度拟合法和似然比较法,进行数据分布的确定,为可靠度维修度的计算,奠定了基础.

由可靠度定义,根据不同的分布,给出了相应的可靠度计算模型.根据维修度的全概率定义,研究出故障服从威布尔分布和正态分布的维修度计算模型,得出该两种故障分布形式的产品维修度不仅与维修时间有关,还与产品工作时间有关.

为保证产品的使用可靠性达到设计目标,对工程机械的修复策略进行了研究,建立了以产品利润为准则的各故障时期分界点的划分模型,由此模型可以清楚地求出各时期的分界点,从而针对不同故障时期确定维修策略,提出了预防维修策略中最佳维修周期优化模型,为理想预防维修周期的确定提供理论依据.

进行了工程机械可靠性维修性综合优化设计系统的总体框架研究,制定了系统设计结构和组成模块,并研究了各模块功能.依据可靠度、维修度综合优化分配理论和方法开发了综合优化模块,该模块主要完成可靠性、维修性优化问题.

针对工程机械中典型零件的寿命预估理论和方法,开发了以构件结构尺寸为依据的可靠度和维修度分析模块,完成产品或零部件的可靠性、维修性预测功能.

建立了可靠性、维修性数据统计分析模块,开发了数据分布分析算法,为后续的实际可靠性、维修性测算奠定了基础.根据统计的产品实际可靠性、维修性数据,开发了使用可靠性、维修性估算模块,可靠性估算能够进行构件疲劳寿命和磨损寿命的估算,结果表示产品的实际可靠性和维修性水平.整个设计系统中信息、数据多而复杂,通过研究开发的信息管理模块,实现了对设计系统信息综合管理.

本课题由企业博士后科研工作站项目：“工程机械全生命周期设计若干关键技术研究”(项目编号：LGP200401).

第五篇机械优化设计论文范文格式：基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究

随着全球市场竞争日益激烈,提高性能、降低研发成本和缩短设计周期的压力迫使叶轮机械设计工作者不断改进设计方法.近年来,CFD技术被广泛地应用于叶轮机械内部的三维粘性流场的数值模拟,其有效性逐步得到了研究者的肯定.同时,多种性能优良的优化算法也不断被推出.而计算机软硬件的飞速发展使得将CFD技术与优化算法相结合进行叶轮机械优化设计成为可能.本文着眼于叶轮机械叶片及叶轮的优化设计方法的实现,对相关优化设计算法进行了较为全面深入的研究.根据不同优化对象的特点,发展了适合叶轮机械叶片及叶轮的多工况多约束条件的优化设计方法,并将其成功地应用于相应的优化算例中.

为了在计算时间与计算精度之间寻求良好的平衡,使CFD技术可以有效地应用于叶轮机械的气动优化设计,作者研究了叶轮机械定常流动数值模拟中RANS方程的空间离散形式与求解方法,阐述了代数Balding-Lomax模型、一方程Sparlart-Allmaras模型和标准k-ε模型的构造形式,并介绍了本文计算中遵循的收敛准则.以NASA Low Speed Centrifugal Compressor (LSCC)实验叶轮为研究对象,结合其试验结果,讨论了湍流模型和网格等因素对计算结果的影响,为后续优化设计中湍流模型与网格的选取提供指导.

本文发展了一套基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法.针对优化对象计算成本和优化工况或目标多少的不同,该方法可以灵活地发展成适合其具体特征的优化设计方法,本文将该优化方法分别应用于平面叶栅的单、多工况多约束条件优化设计、带分流叶片的离心叶轮优化设计单目标多约束条件和某一工业用超低比转速离心鼓风机叶片的多工况多约束条件优化设计中.

为实现上述优化方法,根据优化对象的不同特点和要求,发展了相应的实现算法.发展了适于叶栅和离心压缩机/鼓风机叶型参数化方法,大大减少了优化的设计变量,提出了并行神经网络算法,其映射质量和训练效率较传统神经网络算法有较大的提高,为避免基本遗传算法存在的早熟或陷入停滞现象等问题,受自然界和人类社会进化现象的启发,发展了一种新的遗传算法—改进的等级公平竞争遗传算法HFCGA-DN,发展了改进的INSGA-II算法,将分布函数引入NSGA-II算法中,提高了多目标Pareto遗传算法的多样性,并将上述算法与试验设计方法和CFD技术通过发展的数据接口有机地连接起来.

针对某二维透平叶栅优化问题,以极大化其升阻比作为优化目标函数,以叶栅的几何进出口角不变,叶栅截面的面积不小于初始叶型的20%和优化叶型阻力系数不大于初始叶型为约束条件,运用本文针对平面叶栅发展的单目标优化设计方法对叶栅进行优化设计.从气动力积分的结果来看,优化叶栅的气动阻力比初始叶栅减小3.2%,升阻比增加了8.3%.针对某带分流叶片的离心压缩机叶轮,以极大化其等熵效率作为目标函数,以流量和总压比不小于初始叶轮为性能约束条件和叶轮参数设定的变化范围为几何约束条件,运用本文发展的基于近似模型的单目标多约束优化方法通过改变轮毂、轮缘型线和叶片形状对初始叶轮进行了优化设计.优化后叶轮的等熵效率较初始叶轮提高了1.06%,同时总压比也提高了0.52%.

以极小化上述透平叶栅三个工况点的总压损失系数为目标函数,同样以叶栅的几何进出口角不变,叶栅截面的面积不小于初始叶型的20%为约束条件,运用本文发展的基于近似模型的多目标Pareto类优化设计方法对叶栅进行优化设计.优化后叶栅的目标函数在i等于-10o,0o,10o的三个工况点分别比初始叶栅下降了8.31%、8.43%、8.52%.

根据某一工业用超低比转速离心鼓风机叶片的特点和性能要求,提出了楔形叶片的设计概念,发展了一套基于近似模型的鼓风机叶型叶片的多工况多约束优化方法.该优化方法的目标函数是极大化在三个指定工况点上的总压升,性能约束条件是效率和流量分别不小于初始叶型值,几何约束条件是设计变量的变化范围.为验证优化前后叶型的性能,将优化前后叶型加工成模型样机,并搭建了试验台,进行性能试验和叶轮内部流动的PIV测试.数值优化和试验结果都表明,优化楔形叶片在满足约束条件的前提下,三个指定工况点上的压升都有大幅度的提高,同时也验证了本文发展的优化设计方法是有效的.

通过将本文发展的多工况多约束条件叶片优化设计方法成功地应用于不同的优化对象,以及对某工业用超低比转速离心鼓风机的实验研究和数值模拟,更加全面和深入地认识了叶片形状对其性能和流场的影响,进一步丰富了叶片优化设计技术,为提高叶轮机械的研制水平提供了技术依据.

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机械优化设计引用文献:

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