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整体离心叶轮的形状优化设计

1 数学模型的建立  整体离心叶轮是核心机中高速转动的关键件。在现代高性能离心叶轮的设计中 ,优化方法的应用是必不可少的。离心叶轮的叶片和轮体之间耦合紧密 ,在分析时必须考虑二者之间的相互作用 ,从而大大增加了分析的难度。尤其对于带分流叶片的离心叶轮 ,难度更大。本文根据整体离心叶轮的特点 ,对其优化设计过程进行了深入研究。图 1所示为带分流叶片的离心叶轮的简图。图 1 叶轮分析模型所受载荷包括 :离心力、轴向力、气动力及温度载荷 ,并以离心力为主。经验表明 ,离心叶轮轮体的最大周向应力一般发生在 H处。最大径向应力发生在 G处。叶片的最大应力则由于叶型和厚度分布不同 ,其发生部位也不同。叶轮最大轴向位移一般发生在出口的叶尖 F处 ,最大径向位移可能发生在 F处 ,也可能发生在叶轮入口叶尖 E处。优化数学模型的建立应充分考虑这些特点。图 2为一离心叶轮轮体的剖面图 ,该离心叶轮具有一定代表性。图中标出了可供选择的设计变量。图 2...  (本文共3页) 阅读全文>>

《机械工程学报》2014年04期
机械工程学报

基于不完全敏感性方法的低比转速离心叶轮优化研究

0前言随着现代流动测试技术及流动计算技术的快速发展,水力机械内流动正问题研究发展迅速,但对水力机械叶轮的反问题及其优化研究进展缓慢[1-6],该问题实质为具有流动约束的形状优化问题,其难点在于优化目标与内流道形状控制变量之间的复杂关系。目前,离心泵优化方法主要包括基于演化算法的优化方法[3]、基于梯度算法的优化方法[1]、基于试验设计的响应面优化方法[4]及基于正反问题迭代修正算法的优化方法[5-6]。基于演化算法及响应面方法的离心叶轮优化中,必须对每个样本的目标函数值进行预估,因此设计变量维数较大时计算量巨大。基于梯度优化方法的主要困难在于目标函数对设计变量的梯度计算量大。采用有限差分方法计算目标函数对设计变量的梯度时,由于计算梯度矢量的每个分量时都要计算一次流场,流场的计算次数与控制变量的维数成正比。随着优化理论的发展,伴随方法广泛应用于具有流动约束的形状优化问题[7],伴随方法中每沿梯度矢量方向更新一次流道几何形状只需要计...  (本文共5页) 阅读全文>>

《中国纺织大学学报》1998年03期
中国纺织大学学报

弹性平面单孔形状优化

连续体孔洞优化问题主要是确定结构中孔洞的位求出边界上所有未知的位移分量和表面力分量。上式置及形状,以改善应力分布、降低应力集中。在这项工中H和G为ZnxZn阶的系数矩阵,U和P分别为边作中,目前现有的文献资料表明,实验的方法效率低、界单元节点的位移分量和表面力分量[利。由边界节点精确度差,数值方法由于敏度分析和约束多、设计变量的位移分量和表面力分量可以算出节点的应力口[’l。多等问题难以解决,使得优化难度大、优化结果不很令1.2数学模型人满意口-‘’。本文采用的积分型总极值优化方法避免若以尸个参数X一。;,X。,…,一”来描述边界,了上述问题,通过实例计算充分体现了此方法的优越则H,G,P,U及应力。都是X的函数。最优化设计性。的数学模型为:minlmax。;(x)h=1,2,…,。1弹性平面孔洞优化问题的数学模型X.t.\*)=。。=。,L…,。g。00c二dnF(x)。认二h。在厂。上J用y=q去割函数y二刊J得水平集:其中...  (本文共3页) 阅读全文>>

《北京工业学院学报》1988年S1期
北京工业学院学报

三维边界元法在曲轴结构形状优化中的应用

当前工程设计的发展方向是实现自动化设计,要想实现自动化设计,需要实现从几何设计直接提供结构分析模型,并引入最优化设计。 形状优化是机械结构优化的一个重要分支,可以说零件优化设计绝大部分是形状优化设计.自从1972年Zienkiewic‘OC等人提出形状优化溉念以来,利用有限元法作为分析工具,人们在这方面虽已做了大量的工作川,然而,由于遇到如下困难: ①有限元与敏度分析时间过长; ②迭代网格划分复杂,单元畸变不易处理,需要复杂的网格划分程序,尤其对于三维问题更难于实现. 致使过去的工作主要集中在二维结构上,直至1982年才由Hasan着手进行三维形状优化工作。然而,以上困难并未克服。 1978年Brebbia等从边界积分方程和加权残数理论出发,提出了边界元法{21.一般认为:边界元法较有限元法具有自由度少、精度高、数据准备量少的优点. 1983年Mofa等人发表了将边界元法用于扭转问题二维形状优化的文章’al,到目前为止,在国际上...  (本文共10页) 阅读全文>>

《镇江船舶学院学报》1989年04期
镇江船舶学院学报

舱口角隅形状优化的光弹性试验研究

0 引 厂z·、丫-’一 ,自六十年代以来,随着电子计算机的出现和人断婆新,结街综合这一新兴学科迅速发歧,广各类结构工程中引。匕了广泛的重视。例如,把相当普遍的结构优化丧许问毅利用非线性级学规划求解,使结构有限元分忻与优化设计结合形成计算机辅助结构设计,山构件截面可变的一般优化向更高层次的形八优化发展,等等。然而不难发现,在国内外的大量研究工作中,有关结构综合数值方法的文献发表颇多,但在优化设计实验论证方面的研究成果尚属罕见。 形状优化设计是当今结构综合顷域内的主要研究课题之一。在造船界,关于船舶’;’;构形状优化的研究工作方兴未_定。文献口,2)宋用形伏优化设计的理沦和方止使船舶甲厂矩形开口的J叶力集中极个化,以确定呛口角隅的。V十形状。另一方面,光。’;z性试验。;【汀六卜’人就侣得到造船界的重视,被作为研究枪口用隅个力集中问泌的有效测试手段加以采用(”‘〕。鉴于上述见解,找们将致力-门B口角隅形伏I!:化的光帷性试验上作...  (本文共5页) 阅读全文>>

《中国造船》1989年03期
中国造船

论船舶结构的形状优化

t(一)引言. 在船舶结构中,有些构件的部分边界因承受载荷作用会产生局部应力集中,大大降低结构抵抗疲劳、断裂能力‘严重影响使用寿命。因此,寻求较好的边界形状,使其应力分布合理,在船舶结构设计中是一个非常重要的问题。 近年来,在结构力学领域中关于形状优化的研究工作方兴未艾。所谓结构的形状优化,即选择描述其边界形状的若干参数,一般应用数值方法确定这些参数值,以使边界上的最大应力极小化。文献亡1〕~〔5〕采用不同的描述边界形状的方法、有限元分析和最优化技巧,对二维弹性体形状优化的数值解法进行了探讨。 就形状优化的数值方法而言,由于形状优化是逐次迭代的过程,因此必须选择一个高效率的应力计算手段、一个简易可行的灵敏度分析技巧和一个稳定可靠的最优化方法。边界元法〔”’7,对于弹性体应力集中这类仅求边界值的问题十分有效,灵敏度分析及奇异积分问题较易处理;线性规划〔“,又是颇为成熟的最优化方法。鉴于上述见解,本文在船舶平面结构的可变边界上选取边...  (本文共10页) 阅读全文>>

《流体工程》1989年04期
流体工程

压缩机舌簧阀的部分形状优化

引言 舌簧阀是压缩机中的关键部件之一,由于阀片的工作条件非常恶劣,导致阀片容易失效,从而影响压缩机运行的经济性和可靠性,因此阀片的破坏是提高压缩机工作可靠性的重要障碍。 近年来,人们在舌簧阀的设计理论、性能研究、强化工艺等许多方面从事大量的研究,但至今,舌簧阀的理论还很不完善,常常使得阀的技术性能很不稳定。 阀片的寿命取决于阀片的应力幅值,循环次数、应力分布状况等等,从设计的眼光上看,决定性的因素为阀片的几何形状,如何使阀片运动规律好和应力分布均匀。 采用对所建立的舌簧阀片的两维平面薄板振动数学模型以及相对应的有限元方法,进行振型选加处理,采用求解阀片动力学方程和流动方程联立形式的阀片运动规律方程组,实现舌簧阀的动态响应的快速和准确地模拟,本文运用这一方法,优化阀片的形状,以获得阀片局部应力集中最小的阀片形状,改善阀片的可靠性。求解该泛函的极值,获得最佳阀片形状函数是不可能的,因此,本文采用离散化阀片形状的方法,用一系列点的坐标...  (本文共4页) 阅读全文>>