线性压缩机共振弹簧系统设计与优化
这是一篇关于线性压缩机,柔性板弹簧,型线优化,有限元,响应面优化的论文, 主要内容为为提高动圈式线性压缩机的工作性能、实现压缩机整机轻量化,本文针对弹簧系统组件进行设计和优化,以保证弹簧系统在满足刚度和寿命要求的前提下拥有最小的体积和质量。为此,本文的主要研究内容如下:(1)为研究弹簧系统的工作环境与作用,首先对动圈式线性压缩机的工作原理进行了阐述,并对弹簧振动系统的力平衡和电压平衡方程进行了分析,介绍了弹簧组的安装方式,并对间隙密封影响因素进行了分析,为实现弹簧系统共振,通过线性压缩机相关参数确定了弹簧组的设计刚度。(2)就单个板弹簧的不均匀厚度及过渡型线对其性能的影响进行了研究,设计了包括0.5mm厚度板弹簧在内的五种厚度尺寸,过渡型线分别采用凸圆弧、凹圆弧和直线共13种板弹簧,并对比各个板弹簧的刚度、应力及疲劳特性,发现厚度不均匀程度和过渡型线对板弹簧各性能均有一定的影响。(3)设计了两种涡旋板弹簧,即阿基米德螺线板弹簧和圆渐开线板弹簧,分析对比了各个型线尺寸参数对两板弹簧性能的影响,并通过响应面优化方法得到了一组刚度性能较好的板弹簧,进一步对其端孔型线进行设计与优化,降低了应力集中。对优化后板弹簧的刚度、应力、应变及疲劳特性进行了分析,并与初始板弹簧进行了对比,得出优化后的板弹簧疲劳寿命满足设计要求,且刚度性能提升显著,并通过实验验证了仿真结果的可靠性。而后对比了优化前后板弹簧的频率特性,得出优化后的板弹簧各阶频率均大于初始板弹簧,频率数据可为压缩机的运行频率提供依据。(4)将优化后的板弹簧组装成弹簧组,通过计算弹簧组刚度与弹簧片数的关系,确定了弹簧组由3片板弹簧组成。以各板弹簧的间距为参数,对弹簧组进行参数化建模,并进行优化,得到了刚度性能较好,体积重量较小的弹簧组。通过对比优化前后弹簧组的刚度、频率和动态径向刚度特性,得出优化后的弹簧组能提供合适的轴向刚度,较高且稳定的径向刚度,更容易实现弹簧系统共振,且体积减小了43.5%,重量减小了28.4%。将优化后的弹簧组应用在线性压缩机中,进行了共振频率测试,结果反映,压缩机的实际共振频率接近理论设计值。该论文有图65幅,表7个,参考文献69篇。
中低层钢结构装配式建筑建造立体平台设计与分析
这是一篇关于立体平台,结构设计,虚拟样机仿真,有限元分析,响应面优化的论文, 主要内容为提高楼宇建造过程的机械化、自动化、智能化、网络化和信息化水平,是目前楼宇建造领域研究的重点、难点和发展方向。针对高层、特高层楼宇的建造国内外已开发出专用造楼机等先进建造方式,由于中低层建筑因资金投入少、建造时间短等因素限制,尚未开发出完全适用于中低层建筑的自动化建造设备。为了满足中低层钢结构装配式建筑的建造工作要求,考虑到楼宇建造过程中的经济因素、装拆便利等问题,本课题拟构建一个能在垂直和水平面上自如运送物料的空间立体平台,该平台采用模块化设计,各模块对接安全可靠、可快拆快装,以适用不同样式楼宇的建造过程,装载物料的移动平台在平台轨道上可以自如地快速移动,并可随时锁紧,移动平台上可以搭载各种专用的工业机器人进行建造过程中的焊接、铆接、转位和喷涂等操作,实现楼宇建造的机械化和自动化。本文主要研究内容如下:(1)立体平台的构建方案及结构设计。结合中低层钢结构装配式建筑实际工作环境的特点确定立体平台的相关参数,完成垂直物料提升系统、水平菱形轨道组件及移动平台核心装置的结构设计。(2)立体平台虚拟样机仿真分析。利用Adams软件对立体平台各个部分进行仿真,并进行运动学与动力学分析,得到重要部件位移、速度、加速度、力以及力矩的变化曲线,验证机构设计的合理性,同时提取出力与力矩的最大数值,为后续有限元分析提供理论依据。(3)立体平台有限元分析。利用Workbench软件对立体平台重要部分进行有限元仿真,并进行静力学与动力学分析。分别对钢丝绳传动系统、移动平台车轮系统、齿轮齿条等机构进行瞬态动力学分析,对轨道安装座、菱形轨道进行静力学分析,通过瞬态动力学与静力学仿真,可以得到零部件的最大应力与最大变形,从而验证立体平台的强度与刚度是否符合设计要求。(4)菱形轨道轻量化设计。利用响应面优化方法对菱形轨道进行多目标优化,确定设计变量与优化目标,利用参数相关性分析优化设计变量,通过OSF试验方法结合Kriging完成响应面模型的建立,最后使用MOGA算法完成菱形轨道的响应面优化,减重比例达到9.8%。根据优化方案,将移动平台尺寸进行了相应的调整,对调整后的部件结构重新进行了有限元分析,证明优化后的各部件满足设计要求,实现了菱形轨道的轻量化设计目标。
先导式安全阀动态特性分析
这是一篇关于先导式安全阀,AMEsim,动态特性,流场分析,响应面优化的论文, 主要内容为在我国的各种能源中,煤炭一直是最主要的一种。为了实现“高效安全”的采煤作业,对作为矿井下采煤的主体支撑与安全保障的液压支架的性能要求也不断提高。安全阀是液压支撑系统中最重要的基本部件,主要是起控制流量和过载时的保护作用;它的工作特性对整体液压支撑系统的动力稳定性及可靠性有很大的影响,通过文献调研,在先导式安全阀的使用过程中,对于它的灵敏度和动态特性有一定的指标要求。为此,需要对先导式安全阀中所涉及到的动态特性问题进行深入的研究。本文主要的研究重点如下:(1)介绍本文的研究背景及意义,阐述了目前液压支架在煤炭开采中的重要意义以及安全阀在液压支架中的关键性作用,先导式安全阀与其他安全阀比较的优缺点,选定先导式安全阀为研究对象,并介绍了先导式安全阀在国内外的发展现状。对先导式安全阀的工作原理及基础结构尺寸计算进行了分析,并列举了先导式安全阀的性能指标及动态特性影响因素,为下一步的动态特性研究奠定一定的理论基础。(2)使用AMEsim动态分析软件,构建了先导式安全阀在AMEsim中整体回路的仿真模型,对先导式安全阀在五种不同结构参数下(主阀芯的质量,先导阀芯的质量,先导弹簧的剪切模量,进口阀腔体积,阻尼孔直径参数)的动态特性进行了详细的分析。结果表明,适当减小阀腔体积、增大阻尼孔直径、减小先导弹簧剪切模量、减小阀芯质量可以优化先导式安全阀的动态特性。(3)使用Fluent流体仿真软件,将四种具有不同阀芯开度的先导式安全阀作为研究对象,将局部作为研究对象,对其进行了详细的研究。在相同边界条件,不同开口度、相同开口度,不同入口压力及出口压力下,安全阀阀芯附近流道的流场总压云图变化规律、流场速度图变化规律以及湍动能分布图变化规律。(4)选择响应面优化设计方法,采用二次多项式拟合得到压降与主阀三个结构参数的拟合方程,得到设计变量取值:A=130.593mm,阀座直径B=104.82mm,阀座边缘角度C=21.9947°。优化后的模型相比于基础安全阀压降减小了92330 Pa。
中低层钢结构装配式建筑建造立体平台设计与分析
这是一篇关于立体平台,结构设计,虚拟样机仿真,有限元分析,响应面优化的论文, 主要内容为提高楼宇建造过程的机械化、自动化、智能化、网络化和信息化水平,是目前楼宇建造领域研究的重点、难点和发展方向。针对高层、特高层楼宇的建造国内外已开发出专用造楼机等先进建造方式,由于中低层建筑因资金投入少、建造时间短等因素限制,尚未开发出完全适用于中低层建筑的自动化建造设备。为了满足中低层钢结构装配式建筑的建造工作要求,考虑到楼宇建造过程中的经济因素、装拆便利等问题,本课题拟构建一个能在垂直和水平面上自如运送物料的空间立体平台,该平台采用模块化设计,各模块对接安全可靠、可快拆快装,以适用不同样式楼宇的建造过程,装载物料的移动平台在平台轨道上可以自如地快速移动,并可随时锁紧,移动平台上可以搭载各种专用的工业机器人进行建造过程中的焊接、铆接、转位和喷涂等操作,实现楼宇建造的机械化和自动化。本文主要研究内容如下:(1)立体平台的构建方案及结构设计。结合中低层钢结构装配式建筑实际工作环境的特点确定立体平台的相关参数,完成垂直物料提升系统、水平菱形轨道组件及移动平台核心装置的结构设计。(2)立体平台虚拟样机仿真分析。利用Adams软件对立体平台各个部分进行仿真,并进行运动学与动力学分析,得到重要部件位移、速度、加速度、力以及力矩的变化曲线,验证机构设计的合理性,同时提取出力与力矩的最大数值,为后续有限元分析提供理论依据。(3)立体平台有限元分析。利用Workbench软件对立体平台重要部分进行有限元仿真,并进行静力学与动力学分析。分别对钢丝绳传动系统、移动平台车轮系统、齿轮齿条等机构进行瞬态动力学分析,对轨道安装座、菱形轨道进行静力学分析,通过瞬态动力学与静力学仿真,可以得到零部件的最大应力与最大变形,从而验证立体平台的强度与刚度是否符合设计要求。(4)菱形轨道轻量化设计。利用响应面优化方法对菱形轨道进行多目标优化,确定设计变量与优化目标,利用参数相关性分析优化设计变量,通过OSF试验方法结合Kriging完成响应面模型的建立,最后使用MOGA算法完成菱形轨道的响应面优化,减重比例达到9.8%。根据优化方案,将移动平台尺寸进行了相应的调整,对调整后的部件结构重新进行了有限元分析,证明优化后的各部件满足设计要求,实现了菱形轨道的轻量化设计目标。
基于参数化设计的重型液力自动变速器变矩器的性能研究及其优化
这是一篇关于重型液力自动变速器,液力变矩器,参数化设计,NX二次开发,流场分析,响应面优化的论文, 主要内容为重型液力自动变速器广泛应用于重型运输机械、工程机械等装备中,其技术壁垒高,设计难度大、开发周期长。目前,国内针对重型液力自动变速器的自主研究能力薄弱,缺乏理论支撑。为了突破重型液力自动变速器的核心技术,形成系统的设计理论以指导产品的开发与改型设计,本文对重型液力自动变速器变矩器展开了参数化设计方法、工作性能分析及其优化等研究工作。在系统性分析重型液力自动变速器传动系统和变矩器结构及其工作原理的基础上,针对该变矩器高功率、大扭矩的特点,提出了基于双椭圆弧的循环圆的参数化设计方法和基于B样条曲线的叶片的参数化设计方法。建立了变矩器设计参数及其几何模型参数之间的关系,通过改变设计参数可实现变矩器几何模型的形状控制。基于变矩器参数化的设计方法,开发变矩器的三维自动成型软件。根据参数化设计方法中的设计参数开发用户界面,建立接口程序以传递前端的参数值至软件后台。在软件中心调度式的程序结构中集成了参数检查、参数数学计算和三维成型等功能模块。在该自动成型软件中输入设计参数可立即得到变矩器的三维模型,极大地缩短了变矩器的开发周期。基于自动成型软件生成的变矩器三维模型,通过流场分析方法研究变矩器的性能。基于计算流体力学建立变矩器的流场分析模型,通过瞬态流场分析得到了变矩器的外特性参数,揭示了变矩器内流场的流动特性。分析流场求解结果发现变矩器的工作性能存在不足,内流场中存在局部高压、大范围涡流等不利于液力传动的情况,需要通过优化设计以提升变矩器的工作性能,改善其流场的流动特性。针对变矩器性能中存在的不足,对其进行优化设计。通过对循环圆及叶片的设计参数进行灵敏度分析,明确了不同参数对变矩器性能的影响程度,并区分出了显著影响因素。对双因素的耦合关系进行分析,揭示了设计参数内部的相互作用规律。在此基础上,建立了响应面模型以对变矩器进行优化设计。经优化后变矩器的起动变矩比提高了21.2%,最大泵轮扭矩系数提高了13.3%,优化前后最高效率均维持在86.7%附近。
锂电池二次注液静置输送线设计与仿真
这是一篇关于锂电池,静置输送线,堆垛机,结构设计,响应面优化,仿真分析的论文, 主要内容为随着高性能动力锂电池内部化学物质的增多,所需的电解液更多且吸收更加困难,一次注液的方式已经不能满足高性能动力锂电池生产工艺的要求,因此,为了提高注液质量,一些锂电池生产厂家面临着生产线改造的问题。“注液-静置-注液”的方式作为一种简单有效促进电解液吸收和提高注液质量的方式,是各锂电池生产企业的一个优质选择,而且多次注液的工艺流程基本一致,在生产线改造时将两条一次注液线首尾相连,只需解决中间过程锂电池自动缓存静置的问题,即可将一次注液线改造成能够进行多次注液的生产线,相比于重新建造新的注液生产线,在原有基础上对生产线进行改造更具有现实意义。在对某锂电池生产企业的一次注液车间实地考察后,利用原车间中两条一次注液生产线之间的可用空间,本文基于工序化系统的自动化仓库设计了一条锂电池二次注液静置输送线,用以解决两条一次注液线之间锂电池自动缓存静置的问题,由此实现原一次注液生产线到“注液-静置-注液”的生产线的改造。本文首先根据企业的相关要求及车间的考察数据提出了两种可行的改造方案进行对比分析,并选择较为优质的方案作为总体设计方案;然后根据总体方案对各设备进行选择、设计与布局,并对其中的核心输送设备堆垛机进行分析与优化;之后搭建了输送线的仿真系统验证输送线能否实现两台一次注液机之间的自动化连线;最后提出了输送线总控制系统的设计方案。主要内容包括:(1)总体方案设计。通过查阅文献、实地勘测、工艺分析,提出输送线式和立体库式两种可行方案并进行对比,最终选择立体库式作为输送线的总体设计方案。(2)各子构件设备设计与选型。基于货物的特点与工艺流程,设计了货架与托盘、分拣系统、堆垛机和拔销机构,并按照相关要求对堆垛机各结构进行了分析与校核。(3)堆垛机有限元分析和结构优化。通过ANSYS对堆垛机进行了静力学分析,结果表明机架结构和货叉结构应力、应变均在允许范围内,利用ANSYS DX模块对机架结构进行轻量化设计,得到了较为满意的结果。(4)输送线仿真系统搭建。利用接口文件将输送线模型导入到Plant Simulation软件中,并通过参数设置和编写调度程序完成了仿真系统的搭建并对输送线进行仿真分析,仿真结果表明输送线在正常运行情况下能够实现两台一次注液机之间的自动化连线。(5)输送线总控制系统设计。提出了锂电池二次注液静置输送线总控制系统的设计方案,分析了输送线的工作过程,完成了堆垛机位置与速度控制方案的设计及控制系统硬件和堆垛机电机选型。
紫外可见光谱及其作为色谱检测信号的三维校正模型构建与抗干扰定量应用研究
这是一篇关于三维校正,二阶优势,直接定量分析,响应面优化,化学计量学的论文, 主要内容为化学计量学(Chemometrics)是一门统计学和化学相结合的交叉学科。从早期开始,化学计量学就是分析化学的一个实践领域,是一门解决被主流统计学家忽视问题的学科。化学计量学可以被广泛地定义为使用数学和统计学来分析化学数据,通常使用多元的分析方法。这些方法包含了许多的数学方法、模型和算法。在化学计量学领域中,化学多维校正为研究重点和热点之一,本学位论文聚焦紫外可见光谱结合多维校正的新型定量分析应用及响应面建模这两个方面,进行了较为系统的研究,主要涉及内容如下:在第2章中,芳香族氨基酸在生命活动中扮演着极其重要的角色,参与许多生物过程。它们的浓度水平与多种疾病相关,如苯丙酮尿症和结直肠癌。因此,芳香族氨基酸的定量是一项重要的工作。本文提出了一种新颖且快速并使用经济实惠的紫外可见光谱仪检测PC3细胞(Prostate cancer cells)和DMEM细胞培养基(Dulbecco’s modified minimal essential medium)中芳香族氨基酸浓度水平的三维校正方法。首先,对每个样品设计光谱-pH二阶数据;其次,利用平行因子分析(Parallel factor analysis,PARAFAC)、交替三线性分解(Alternating trilinear decomposition,ATLD)和约束交替三线性分解(Constrained alternating trilinear decomposition,CATLD)算法对所得光谱-pH-样品三维数据的性质进行研究,提出了一种确定CATLD约束参数的扫描方法;第三,基于所提出的扫描方式,开发了一种基于CATLD算法的三维校正方法,用于这些体系中芳香族氨基酸的抗干扰定量研究。PC3细胞中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的平均验证相对预测误差(Average relative predictive errors of validation,ARPEV)分别为1.4%、3.0%和0.7%,DMEM细胞培养基中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的ARPEV分别为4.1%、1.2%和0.7%。在DMEM细胞培养基中检测出酪氨酸和色氨酸的含量分别为64.2±2.9μg m L-1、5.6±0.3μg m L-1,所开发的分析方法与使用高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)得到的结果没有显著差异(在95%的置信区间)。本文所提出的基于CATLD算法的光谱-pH-样品三维校正方法可为紫外可见光谱仪提供一种具有高选择性和准确性的分析策略。在第3章中,本文使用响应面建模策略,基于Box-Behnken设计为茄科植物中类胡萝卜素建立了一种优化的萃取方法。首先,基于单因素法来研究萃取溶剂、液料比、提取时间和提取温度等因素的实验,然后基于此以提取温度、提取时间和液料比进行了3因素3水平Box-Behnken设计,采用响应面法对烟叶中的类胡萝卜素提取参数进行优化,然后构建了数学模型并进行了实验测试。模型给出的最优提取条件如下:液料比20:1(m L/g),提取温度45℃,提取时间25 min,模型在这个条件下对萃取量的预测值为8.36 mg/L,使用这个最佳工艺条件进行实际实验得到实际萃取量为8.29±0.40 mg/L(在95%置信水平下),相对误差仅为0.84%。在第4章中,类胡萝卜素是一类天然色素,广泛存在于动植物中,由一系列共轭异戊二烯单元组成,这些单元通过双键高度共轭,导致难以识别和量化。类胡萝卜素有丰富的作用,是体内维生素A的主要来源,与此同时还具有抗癌、抗氧化、免疫调节、延缓衰老等功效,因此类胡萝卜素的定量是一项重要的工作。本文基于高效液相色谱-光二极管阵列检测器(High-performance liquid chromatography-diode array detection,HPLC-DAD)提出了快速检测三种茄科植物(番茄、茄子和烟叶)中六种类胡萝卜素浓度水平(α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、番茄红素和虾青素)一种新颖、快速的三维校正方法。即使在干扰共存的上述多种复杂体系中、存在严重的色谱重叠,并且还有轻微保留时间漂移,所提出的分析方法仍然能实现对六种类胡萝卜素物质的抗干扰定量分析,该方法通过三维校正的数学分离功能增强色谱分离,有效降低了色谱分离条件的开发难度、减少了有机溶剂的使用并节约了分离分析的时间(单样本分离时间从完全色谱分离的60分钟以上降低了15分钟之内)。α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、番茄红素和虾青素的校正集、验证集和预测集显示出令人满意的结果。在烟叶中预测出叶黄素的含量498.8±22.6μg m L-1(Y28-Ⅰ)、267.1±12.8μg m L-1(Y28-Ⅱ)、311.1±1.6μg m L-1(Yunyan87-Ⅰ)和314.0±10.2μg m L-1(Yunyan87-Ⅱ),在番茄中预测出番茄红素的含量为95.1±4.2μg m L-1,用传统的HPLC做对照,F检验、t检验依次表明,在95%的置信水平下,所提的方法与传统HPLC方法的精密度、准确度之间都没有显著差异。上述结果表明,本文所提方法是一种可用于复杂体系中类胡萝卜素的快速定量测定的可供选择的快速分析方法。
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