一、化学实验的误差分析及其优化设计(论文文献综述)
李松[1](2021)在《基于加速试验和随机过程模型的车用橡胶材料可靠性评估研究》文中提出橡胶材料是一种可再生、可重复利用、具有优良性能的复合材料;相对于金属材料,其具有高弹性、低模量、低硬度、高阻尼等优点。随着制备技术的提升和材料科学的发展,越来越多的橡胶材料被制作成高可靠性、长寿命的产品并在机械、航空、汽车和电子电器等领域得到广泛的应用,橡胶产品其在现代工业系统中承担着绝缘、密封、连接、传动和隔振等功能,在现代工业中起着举足轻重的作用。然而,高温、氧气、紫外线、油污和臭氧等外界环境应力不可避免地造成橡胶产品的性能退化而使其不能满足正常工作的需求,通过建立车用橡胶材料的可靠性评估模型可以快速评估其退化程度,从而为汽车上关键的橡胶零部件的有效剩余寿命估计和生产制造提供科学依据。基于上述背景,本文以车用橡胶材料为研究对象,依托国家重点研发计划项目(编号:2018YFB0106200),通过研究老化橡胶的宏、微观性能指标随退化时间和所受的加速应力之间的关系来揭示其老化机理,使用威布尔分布拟合老化橡胶压缩永久变形率的伪失效寿命数据,然后基于时温等效原理建立密封橡胶在自然环境中的可靠性评估模型;考虑到车用橡胶材料在服役过程中存在着多应力加速、多性能同时退化的现象,本文进一步基于Copula函数和随机过程模型建立车用橡胶产品的二元应力加速、二元性能退化的可靠性评估模型。具体内容如下:第一部分,从车用橡胶产品的可靠性研究现状、加速退化试验技术、加速失效机理一致性检验方法和可靠性建模等四个方面进行了综述。首先总结了在橡胶材料可靠性研究中常用的宏、微观评价指标,然后从不同的应用场景出发讨论了隔振橡胶、轮胎橡胶和密封橡胶的可靠性研究现状。从退化应力施加方式的角度详细比较了恒定应力和步进应力加速退化试验技术及各自优化方法的研究进展;考虑到产品的加速失效机理一致性是保证退化数据有效性的充要条件,故本文还比较了可靠性研究中常用的失效机理一致性检验方法。机器学习算法、统计学和Copula函数的发展丰富了可靠性建模方法,本文着重对比目前比较常用的退化建模方法。第二部分,简单介绍可靠性研究中的基本概念,如可靠度、失效率、中位寿命和平均寿命等;然后详细地阐述了本文中建立车用橡胶材料可靠度模型所用到的退化模型、加速模型、Copula函数和参数估计方法等。进一步基于加速系数不变原则推导了随机过程中模型参数的加速关系,这为将橡胶产品的可靠度从加速工况外推至常规应力工况搭建了“桥梁”。第三部分,主要研究了老化橡胶的宏、微观失效指标与老化机理之间的联系。首先根据国家标准设计了哑铃型橡胶样片并将其置于不同温度的老化箱内进行老化试验,使用电子拉力试验台对老化后的橡胶样件进行单轴拉伸试验得到断裂应力、断裂应变和应力应变等宏观力学性能数据;考虑到橡胶的退化常常伴随着硬度变化,本文还使用硬度计测量了老化橡胶的硬度数据。进一步使用扫描电镜试验对不同老化程度的样本表面和断口进行观察,解释老化橡胶力学性能退化程度与所受到的温度应力的内在关系。第四部分,使用动力学曲线拟合某O型橡胶密封圈在四种不同温度应力作用下的压缩永久变形率数据,结合给定的失效阈值获得橡胶密封圈的伪失效寿命数据并使用威布尔分布建立统计分析模型;基于加速系数不变原则验证了试验中橡胶样本退化失效机理的一致性,最后建立自然环境下的该橡胶材料的可靠性评估模型。第五部分,基于Copula函数和随机过程模型建立车用密封橡胶材料的多元性能退化可靠性评估模型。分别使用三种随机过程建立老化橡胶微观性能参数的边际退化模型,考虑到橡胶的退化是由温度和紫外线共同作用的结果,故选择Eyring加速模型作为边际模型参数的加速关系,使用MCMC算法估计边际模型中的未知参数,通过BIC准则选择最佳的边际退化模型;进一步使用四种不同的Copula函数去“连接”上述最佳边际模型,再次使用BIC准则选择出最佳的Copula函数得到考虑双退化应力的车用橡胶多元性能可靠性评估模型。最后通过美国标准技术研究所(National Institute of Standard Technology,NIST)设计的自然环境下车用密封橡胶退化试验验证了所建立模型的正确性。
张远杰[2](2020)在《管翅式机油冷却器散热性能分析及优化》文中认为机油冷却器是保障机械车辆正常运行的重要部件,其散热性能的好坏直接影响着发动机的工作温度,进而影响着整个车辆的动力性能和安全性能。管翅式机油冷却器具有结构工艺简单、质量轻等优势,被越来越多的机械车辆所采用。本文对管翅式机油冷却器的散热性能进行分析研究,并对翅片进行结构优化以改善机油冷却器的散热性能。本文的研究内容如下:1、对平直翅片的管翅式机油冷却器进行分析研究。利用三维建模软件对其进行整体建模,并进行合理的结构简化。利用ANSYS CFX对其进行全局仿真,得到在不同工况下的散热功率。通过风洞试验台对平直翅片的管翅式机油冷却器进行风冷油试验,得到不同工况下的散热功率,试验结果验证了仿真模型的有效性。2、基于强化换热理论,对原有的平直翅片进行优化设计,在原有结构上提出一种三角波纹翅片。引入参数β作为三角波纹波峰方向与风速方向的夹角,设计出六种不同β角的波纹翅片,利用已建立的仿真模型对6种不同β角的三角波纹翅片的管翅式机油冷却器进行全局仿真。在同一工况下,对6种不同β角的三角波纹翅片和平直翅片的传热性能和流阻性能进行研究。通过研究其传热因子j、摩擦因子f和综合系数JF,得出以下结论:在进油口流量一定时,随着进风口风速的增加,6种不同β角的三角波纹翅片和平直翅片的传热因子j逐步提高,波纹翅片的传热因子高于平直翅片,摩擦因子f也呈相同趋势,结合综合系数JF得出β=90°的三角波纹翅片管翅式机油冷却器的综合换热能力最好。根据所得的最优结构翅片,研究其不同翅片间距下的散热功率,获得其在不同进风口风速下的散热功率分布情况。3、对管翅式机油冷却器在不同进风口风速和进油口油气温差进行分析。通过全局仿真和风冷油试验得到机油冷却器在不同风速和油气温差下的散热功率,利用MATLAB进行拟合计算,得出散热功率与风速和油气温差的关联式。并利用已知工况下的数据对关联式进行验证,其大部分误差在5%以内,最大误差不超过10%。表明此关联式可以用于未知工况下对管翅式机油冷却器进行散热功率的计算。4、基于MATLAB GUI用户图形界面,设计了管翅式机油冷却器散热性能分析系统。利用此系统可以方便快捷地得出不同进风口风速和进油口油气温差对管翅式机油冷却器散热功率的影响。此系统还嵌入了拟合关联式,可以快速计算出未知工况下管翅式机油冷却器的散热功率。为验证关联式所得散热功率的准确性,还可以通过进、出油口温差以及机油的物性参数精确计算出管翅式机油冷却器在不同工况下的散热功率,为工程实际中设计管翅式机油冷却器提供一种便捷的散热功率计算方法。
庄功伟[3](2020)在《埋入电缆的复合材料构件力学性能分析及其优化设计》文中研究说明树脂基纤维增强复合材料具有强度高、抗高温、轻质量、耐腐蚀能力强、耐疲劳以及可设计性等优点,已经成为航天航空飞机、医疗器械、船舶等装备的基体材料之一,随着智能材料系统和结构技术高速发展,传统单一的材料和功能结构不足以满足要求,逐渐向多功能结构材料发展。在复合材料中埋入电缆形成的一体化构件不仅能解决众多装备的空间狭小导致电缆布线困难、电缆尺寸冗余等问题,从而达到装备的集成化、小型化,还能发挥复合材料本身原有的力学性能。但是将电缆埋入到复合材料中去会导致结构产生“眼状”形状的树脂富集区,导致整体结构上的不连续,对复合材料的力学性能产生一定的影响,从而影响结构的可靠性;本文根据相关科研项目样品设计所需,以埋入电缆的复合材料构件为研究对象,研究了构件参数对埋入电缆的复合材料构件力学性能的影响,并对构件参数进行了优化设计,主要研究内容和结论如下:1.从电缆埋入不同铺层角度复合材料构件、不同构件参数两个方面对埋入电缆的复合材料构件的弯曲性能进行研究。采用ANSYS有限元软件建立了埋入电缆的复合材料构件的有限元分析模型,建立五个不同铺层角度的电缆埋入构件有限元模型和选取构件的电缆埋入位置、电缆直径、电缆间距这三个参数,在弯曲载荷加载条件下进行单因素仿真分析,研究其弯曲性能。结果表明:电缆埋入到铺层角度为0°的复合材料中时,构件所受到的最大弯曲应力最小,整体构件所产生的挠度也最小;随着电缆埋入位置越靠近复合材料表面,构件的弯曲应力逐渐增大;随着埋入电缆的直径增加,构件弯曲应力也随之增大;而随着电缆埋入间距的增大,构件的弯曲应力是逐渐减小的。2.针对选取的电缆埋入位置、电缆直径、电缆埋入间距三个构件参数,采用响应面法对埋入电缆的复合材料构件参数进行了仿真试验和优化设计。根据设计的试验方案,分别对每组试验进行弯曲仿真分析,并得到构件弯曲应力,根据试验结果构建了构件参数与电缆埋入复合材料构件弯曲应力的数学关系模型。以构件的弯曲应力最小为目标,利用遗传算法对构件参数与埋入电缆的复合材料构件弯曲应力的关系进行了分析,并进行了构件参数优化研究,从而得到了电缆埋入复合材料构件的最优参数组合:电缆埋入位置0mm;电缆直径0.67mm;电缆埋入间距5mm。根据优化后的构件参数组合建立相对应的有限元模型,在弯曲载荷作用下,构件的最大弯曲应力为18.467MPa,与遗传算法优化结果相对误差为2.32%。3.对埋入电缆的复合材料构件进行了拉伸性能仿真分析。采用ANSYS有限元软件建立了埋入电缆的复合材料构件的拉伸有限元分析模型,通过选取构件的电缆埋入位置、电缆直径、电缆间距这三个参数,在拉伸位移载荷加载条件下进行单因素仿真分析,研究其拉伸性能。结果表明:最大拉伸应力出现在电缆与复合材料的交界处,在此位置构件容易发生失效;随着电缆埋入位置越靠近复合材料表面,构件的拉伸应力逐渐增大;随着埋入电缆的直径增加,构件拉伸应力也随之增大;而随着电缆间距的增大,构件的拉伸应力是逐渐减小的;采用正交试验设计方法对电缆埋入位置、电缆直径、电缆埋入间距这三个构件参数设计了3因素4水平的正交试验方案,根据所设计的方案,对每组试验进行仿真分析,分别得到每组试验的构件拉伸应力,并对结果进行试验数据有效性分析和极差分析,得出了上述构件参数对埋入电缆的复合材料构件拉伸应力的影响程度依次是电缆埋入位置>电缆间距>电缆直径。研究结果已应用于相关科研项目样品设计,为电缆埋入复合材料构件的设计提供了一定的理论依据。
李杰[4](2019)在《树状肋储能换热器的固液相变传热特性研究及其结构优化》文中研究说明由于拥有高储能密度和近似等温过程的优势,固液相变储能逐渐成为了最具应用前景的能量储存方式。然而,相变材料(PCM)的低导热率极大地限制了其工作效率,因此需要对储能换热器的效率进行提升。添加高导肋片是提升固液相变储能换热器效率的常用方法,这种方法具有操作简单,运行和维护费用低的优点。然而,高导肋片会占据储能换热器内部容积,降低储能换热器的储能能力,同时,肋片的布局和结构对储能换热器的性能具有重要影响。因此,对高导肋片进行结构优化具有重要的研究价值。受分形几何成功应用于微尺度传热传质领域的启示,本文将分形树状结构应用于固液相变储能换热器的肋片结构优化,设计了一种树状肋相变储能换热器并建立了其释能过程的非稳态数学模型,对树状肋储能换热器的释能过程进行了数值模拟。在数值模拟的基础上,开展了树状肋储能换热器充释能过程的实验研究。最后,根据数值模拟和实验的结果,进一步提出了树状肋-孔网络相变储能换热器,并通过数值研究的方法并对其释能特性进行了定量评估。综合来说,本文的研究内容和主要结论如下:(1)开展了树状肋储能换热器释能特性的数值模拟研究。对传统储能换热器和树状肋储能换热器的释能特性进行了对比分析,重点研究了两种储能换热器在释能过程中的温度分布、固液界面、液相率和能量释放的变化,最后对树状肋储能换热器的肋片结构参数进行了优化设计。研究结果表明:(a)相较于传统径向肋片,分形树状肋片能够优化储能换热器内部热流通道,并且增加PCM与肋片接触的比表面积,从而提升储能换热器的释能效率以及释能过程中的均温性。(b)在释能前期,两种储能换热器的热量释放速度基本相同,但在释能中后期,树状肋储能换热器的释能速度明显快于传统储能换热器。(c)为了使分形树状储能换热器释能特性最佳,分形树状肋片最佳长度比为1.3,最佳宽度维数为1。(2)搭建了传统储能换热器和树状肋储能换热器传热性能测试的实验平台,对两种储能换热器的充释能特性进行了实验测试,研究了肋片形状对储能换热器性能的影响,并对比分析了储能换热器内部处于不同径向和轴向位置PCM的相变传热特性。实验测试结果表明:(a)相较于传统径向肋片,分形树状肋片不仅能够提升储能换热器的充能和释能效率,还能提升储能换热器轴向和径向的均温性。(b)在轴向方向上,传统储能换热器在熔化过程中受自然对流的影响较大,上部PCM熔化速度快于下部且上下部温度差异较大。而在其凝固过程以热传导为主,上下部PCM凝固速率趋于一致且温度分布较均匀。树状肋储能换热器因自然对流受限,PCM在熔化与凝固过程中的轴向温度均匀性都相对较好。(c)在径向方向上,传统储能换热器熔化过程自然对流和导热共同作用,径向温度分布差异较小,而凝固过程以热传导为主,径向温度分布差异较大。分形树状储能换热器由于树状肋多层级和点及面的结构特性,使得其熔化和凝固过程径向温度差异较小,而且,与传统储能换热器不同的是,分形树状储能换热器中相界面不再是由内向外逐层推进,而是由内管和外壳同时向中间推进。(3)开展了树状肋-孔网络储能换热器的数值模拟研究。对比分析了树状肋、孔网络、树状肋-孔网络三种结构储能换热器的释能特性,重点对比研究了三种储能装置在释能过程中的液相率、温度分布、固液界面等的演化特性。主要结论如下:(a)树状肋-孔网络储能换热器的树状主肋能够促进热量由点及面的传输,且其孔网络结构能有效消除肋片间传热迟滞区,相较于树状肋和孔网络储能换热器,其释能速度更快。(b)树状肋储能换热器在释能过程中PCM沿肋片法向方向推进,在肋片之间形成了迟滞区;孔网络储能换热器释能过程中PCM相界面沿径向方向向外均匀推进,但其相界面推移速度较慢;树状肋-孔网络储能换热器在释能过程中PCM在径向和周向方向上固液界面推进速率趋于一致,且内其各区域PCM相变速度更快。(c)树状肋储能换热器在释能过程中可以快速汇聚热量,但在肋片间会形成高温区;孔网络储能换热器肋片与PCM之间温差不明显,但其径向方向上热扩散速度缓慢,导致其径向方向上PCM温度不均匀性较大;树状肋-孔网络储能换热器中树状主肋能提升径向方向上温度均匀性,孔网络结构能够消除肋片间高温区,从而提升了储能换热器的释能效率。
郭永祥[5](2019)在《斯特林/脉管复合型制冷机的热力学特性与实验验证》文中研究表明斯特林/脉管复合型制冷机由斯特林制冷机和脉管制冷机气耦合而成,该结构将斯特林制冷机与脉管制冷机都置于它们各自合适的条件下工作,发挥它们各自的优点避免它们各自的缺点;同时,复合型制冷机的两级制冷量可以实时重新分配,从而满足两级动态热负荷的需要。因此,复合型制冷机凭借这些优越的热力学特性使其在空间探测器冷却领域具有巨大的应用潜力。然而,现有的理论模型及公开文献都难以直接用于分析复合型制冷机的热力学特性以及优化设计,制约了复合型制冷机的发展。为此,本文开展了以下工作:1.基于传输线方程重构斯特林型制冷机通用模型针对当下斯特林制冷机与脉管制冷机模型采用各自理论体系的特点,以传输线方程为基础,重构了斯特林型制冷机的通用模型。该模型包含压力方程和体积方程,压力方程描述系统内各处压力与各腔体体积变化的关系,体积方程描述各腔体的体积变化与实际制冷机运动部件的关系。该模型考虑了回热器的声阻、声容和声感,既能够较准确地描述实际情况又能够清晰地表达各参数之间的解析关系。2.建立斯特林/脉管两级复合型制冷机的理论模型并探究其热力学特性在上述通用模型的统一框架下,建立了针对斯特林/脉管复合型制冷机的整机理论模型。该模型明确了压力和运动部件位移的相量关系,给出了两级制冷量的表达式。以电机驱动排出器型斯特林/脉管复合型制冷机为例,分析了复合型制冷机两个典型的热力学特性,包括第一级斯特林制冷机实现制冷的条件,以及两级之间冷量分配的基本规律和实现条件。3.完善复合型制冷机的设计方法基于复合型制冷机的热力学特性和相关判据,完善了复合型制冷机的设计方法。该判据给出了压缩活塞和第一级排出器的相位差范围以及扫气容积之比范围,只有工作在该范围内的复合型制冷机才能充分利用斯特林制冷机和脉管制冷机的优点并发挥出其优越的热力学特性。融合该判据的数值优化方法提高了设计的合理性和数值优化的效率。4.通过实验验证了本文所提的模型及相关理论研制出一台原理样机,开展了三组实验研究,包括:单级斯特林制冷机实验从定量上验证了斯特林型制冷机的通用模型,并为后续实验提供对照数据;预冷型复合型制冷机实验从定性上验证了复合型制冷机的压力特性、级间冷量分配的条件和规律;非预冷型复合型制冷机实验从定性上验证了复合型制冷机第一级可能发生制热或制冷的现象。
熊万涛[6](2019)在《C形龙门并联机床的机架模块化设计与优化》文中认为本文利用模块化设计的思想将机床机架划分成若干模块,并对这些模块进行相应的结构设计,且将这些模块以不同的方式组合成不同布局的机床,从而适应不同的加工需求。选取卧式C形龙门并联机床为主要研究对象,对其机架进行静、动力学分析和优化设计,并分析了机架变形对动平台位姿误差的影响。以下为本文的主要内容:首先,简单介绍模块化设计的定义及其方法,以结构分析的角度将机架划分成不同的模块,详细设计了各模块的结构,并将这些模块与不同的底座(或外罩)组合成卧式并联机床(C形龙门并联机床)、龙门式并联机床以及立式并联机床。其次,介绍并联机床的结构参数及其特点,推导出本机床中并联机构的力雅克比矩阵,得到在拟定加工工况和加工轨迹下,机架上6个铰链的受力与动平台位置的关系曲线。然后,在给定加工工况和加工轨迹的基础上,分析机架的变形情况。发现卧式并联机床机架Z向刚度稍有欠缺,对其进行相应的优化设计,使得该机架的静刚度达到要求,为良好的动力学性能打下基础;此外,也对龙门式并联机床机架和立式并联机床机架进行了相应的静力学分析,发现其刚度基本满足机床加工要求。最后,建立了螺栓结合面的动力学模型,对考虑螺栓结合面的卧式并联机床机架进行了模态和谐响应分析;为了研究该机架的力学性能对机床加工精度的影响,建立了机床的误差模型,并分析了该机架变形对动平台位姿误差的影响。
曹岩枫[7](2019)在《典型轮式自行火炮系统优化设计方法研究》文中提出本文以某轮式自行火炮为研究对象,针对其在研制过程中涉及多个领域知识的特点,运用多学科优化设计等现代设计理论与方法,构建了典型轮式自行火炮系统多学科优化设计框架,对轮式自行火炮系统的分系统及整体进行多学科融合的总体优化设计。对多学科优化设计的搜索策略进行研究,分析了标准遗传算法和多目标遗传算法在寻优过程中的优点和不足。重点研究了果蝇优化算法,通过对果蝇种群的寻优空间以及味道浓度判定值的表达进行了改进,并引入若干个子种群代替单一的果蝇种群,形成了改进的单目标果蝇优化算法,算例研究显示其全局搜索能力和收敛速度均明显提升。在此基础上,引入快速非支配排序以及拥挤距离排序的方法,形成了改进的多目标果蝇优化算法,采用该算法对8个多目标测试函数进行了优化求解,结果表明该算法在收敛性和解的多样性保持方面有较强的性能,尤其对于较为复杂的优化问题,该算法的综合性能更强。提出一种基于改进果蝇算法优化广义回归神经网络的身管初速衰减建模方法。通过分析身管初速衰减试验数据,采用果蝇算法优化的广义回归神经网络(FOAGRNN)进行学习,建立了某武器身管在不同使用温度和射击间隔下的初速衰减模型,结果表明采用该方法建立的预测模型有很好的预测能力,验证了建模方法的可行性。以轮式自行火炮发射时的整个弹道过程为研究对象,在建立内弹道、外弹道及终点弹道等分学科理论模型的基础上,以弹丸射程最大、弹丸杀伤面积最大为优化目标,建立弹道多学科优化设计模型,采用改进的多目标果蝇优化算法对整个弹道过程进行了多学科优化设计,结果表明,改进的多目标果蝇算法能够适应解决多目标的实际工程问题的需求。以轮式自行火炮火力系统的典型部件炮身与反后坐装置为研究对象,采用多学科优化设计方法,以身管质量最轻和最大后坐阻力最小为优化目标,建立了包含反后坐装置计算模型,以及身管的结构模型、身管强度计算模型、身管寿命模型、基于Hypermesh和Abaqus建立的参数化的身管刚度有限元模型的炮身-反后坐装置系统多学科优化设计模型,分别对其进行单目标和多目标优化,优化后炮身-反后坐装置系统性能得到显着提高。对于多目标问题,多目标算法能够给设计者提供更多的选择,能更好的满足实际工程问题的需求。基于Adams和Abaqus建立身管柔性化的刚柔耦合轮式自行火炮发射动力学仿真模型。并在此基础上,综合考虑射击精度、弹丸威力以及各部件空间布局对总体性能的影响,建立包含内弹道、外弹道、终点弹道和考虑总体布局的轮式自行火炮系统发射动力学等学科的轮式自行火炮系统总体多学科优化设计模型。以弹丸出炮口时炮口高低摆动角速度最小为目标对其进行单目标优化,以弹丸射程最远、弹丸杀伤面积最大及弹丸出炮口时炮口高低摆动角速度最小为优化目标对其进行多目标优化设计。与原设计相比,优化后轮式自行火炮系统的总体性能得到有效提高。对比单目标和多目标优化结果,多目标优化结果避免了单个目标性能得到优化时其他目标严重劣化的现象,适合于轮式自行火炮系统总体优化设计。开发了轮式自行火炮系统优化设计软件平台。对轮式自行火炮系统设计过程中的单学科仿真与多学科优化设计所涉及的软件和模型进行集成。该软件平台为轮式自行火炮设计人员提供了实用、简便、高效的设计支撑环境,提升了其建模与仿真、优化的能力。
江文涛[8](2018)在《髋关节置换术中的髋臼锉优化设计》文中认为髋关节是连接下肢和躯干动力链中重要的一环,结构必须完整,它承受的负荷不但包括静止时的体重,还包括行走、爬山、跑步和跳跃等运动时的负荷,因此髋关节在人体日常生活的正常活动中起着非常重要的作用。髋关节一旦发生病变就会使得髋关节软骨及软下骨的应力分布发生变化,而引起髋关节疼痛,甚至出现功能受限、丧失。随着我国人口老龄化趋势的加速,髋关节疾病发病率也急速上升。人工髋关节置换术由于具有创伤小、出血少、术后疼痛轻、恢复快、减少老年人病人长期卧床的并发症等优点,已经逐渐成为治疗髋部疾病的标准手术。人工髋关节置换手术过程时间长流程复杂,其中利用髋臼锉切削髋臼窝软骨及软骨下骨重建髋臼窝以达到和髋臼假体形状及尺寸相匹配关系到手术成败,然而这一关键手术步骤并未得到国内研究人员太多的关注,现有髋臼锉设计原理与机构缺乏文献报道,因而有必要研究髋臼锉切除对象——髋臼软骨及软骨下骨的力学性能和切削特征,并对现有髋臼锉的切削过程和髋臼锉设计进行研究,提出优化设计方案,为临床的手术提供理论基础和医疗器械选择提供依据,为医疗器械公司提供设计依据。(1)本文采用扫描电子显微镜进行了牛髋臼软骨和软骨下骨结构观察,发现髋臼软骨表层纤维和中下层纤维的生长方向不同,髋臼软骨表层纤维(厚度约为0.2mm)是横向生长的,而髋臼软骨中下层纤维(厚度约为1.4mm)则是竖向生长的,发现髋臼软骨和软骨下骨之间的分界线并不平整,在分界区域(厚度约为0.2mm)软骨和软骨下骨相互交错,并且观察到了软骨下骨骨单元清晰的组成结构。髋臼软骨的这些特征与膝关节软骨类似。通过对牛髋臼软骨和软骨下骨进行力学性能实验,得到牛髋臼软骨在拉伸速率为2mm/min、5mm/min、10mm/min时,其抗拉模量和极限应力的平均值分别为5.22±0.96MPa和2.00±0.54Mpa、4.87MPa±0.19MPa和1.18±0.27MPa、2.67±0.21MPa和0.73±0.22MPa;牛髋臼软骨下骨在拉伸速率为2mm/min、5mm/min、10mm/min时,其抗拉模量和极限应力分别为418.16MPa和31.01Mpa、467.65MPa和38.80MPa、583.89MPa和46.47MPa。还对牛髋臼窝不同区域的软骨下骨进行了硬度测试,发现牛髋臼窝软骨下骨硬度最高区域的硬度平均值为72.0HV,硬度最低区域的硬度平均值为59.6HV。(2)通过对现在手术常用多孔髋臼锉的设计进行分析,确认多孔髋臼锉表面切削齿是沿球面螺旋线等螺旋线距离分布的,并给出了相应的方程,利用三维建模软件建立了直径为50mm多孔髋臼锉的三维模型。通过高速摄影仪对多孔髋臼锉切削牛髋臼窝实验中多孔髋臼锉切削齿对髋臼软骨的切削过程进行分析,其切削过程可分成4个阶段,分别为表面接触、挤压排出水分、切入软骨膜、切割软骨细胞间质,最后形成卷曲的条状连续切屑,随后根据切削方向与骨单元伸长方向之间的关系,对交错方向、平行方向和垂直方向等三种切削方式进行了介绍。然后,通过多孔髋臼锉切削木块实验,对不同直径(42mm到60mm)髋臼锉在不同转速(400r/min、600r/min、800r/min、1000r/min)、不同进给速度(12mm/min、24mm/min、36mm/min)下的切削力和切削力矩进行了分析,发现转速越高,切削力和切削力矩越小;进给速度越高,切削力和切削力矩越大;髋臼锉直径越大,切削力和切削力矩越大。为实际手术推荐合理转速600r/min和进给速度12mm/min,并建议在多孔髋臼锉切削完成后,利用相同直径的斜刃髋臼锉进行切削表面修整。(3)通过单切削齿正交切削实验建立了多孔髋臼锉切削力模型,还对现有多孔髋臼锉切削齿分布和齿形进行了优化设计,并利用金属3D打印技术打印优化设计后的髋臼锉模型,利用优化设计的髋臼锉进行了切削蜡模实验,结果表明切削齿分布优化后的髋臼锉切削力矩平缓增加,切削齿形优化后的髋臼锉切削表面平整光滑。(4)利用Abaqus仿真软件对多孔髋臼锉切削齿切削软骨下骨进行仿真,建立了切削齿切削软骨下骨仿真模型,通过改变切削齿圆弧形拱口倾角,建立不同结构参数的切削齿模型进行切削仿真,探索了优化的切削齿结构参数,仿真结果表明当切削齿圆弧拱口倾角为30度时,切削效果较好。
于金朋[9](2018)在《高速列车车体固有频率分析及优化设计方法研究》文中认为车体是高速列车承载运送旅客,集成列车其它系统的重要部件。列车的高速化加剧了车体所受载荷的复杂性,而车体轻量化削弱了车体刚度,会导致车体固有振动频率与所受载荷的激励频率不匹配,加剧车体振动,恶化列车运行品质,限制乃至危及车体结构安全能力和车载设备功能的发挥。当前客户群体对高速列车需求的多样性、可定制性驱动了车体的快速、多概念设计,使得概念设计阶段车体振动特性的快速分析以及优化设计变得越来越迫切。而在现阶段,几何模型离散后有限元模态分析计算以及实车模态试验等方法存在周期长、效率低、灵活性差、动力修改重复性差等问题,无法满足在概念设计阶段车体振动特性的分析、预测以及优化的快速化、灵活性和便捷性。因此,围绕概念设计阶段的车体振动特性分析及优化,吸收和借鉴国内外关于车体振动的研究成果,根据梁振动、板壳振动和优化设计等理论知识,建立了一种适用于概念设计阶段的车体固有振动频率分析和优化设计的方法,并对其展开了系统而深入的研究。本论文的研究工作主要集中在“车体固有频率分析及其优化设计方法”上,其研究过程主要包括:(1)以某型高速列车车体为例,利用数值模拟和试验方法研究了车体振动特性,研究发现了车体弹性振动表现为垂弯、横弯、扭转、菱形、呼吸以及局部振动等形式。根据研究结果,从车体结构特征和垂弯、横弯、扭转的弹性振动形式来看,车体具有“梁”的振动特点;从车体结构特征和菱形、呼吸和局部振动的弹性振动形式来看,车体具有“板壳”的振动特点;鉴于此,将车体振动型式分别定义为“梁式振动”和“筒式振动”。(2)根据车体“梁式振动”特点,为有效反映车体平、断面的结构布局特征,将车体等效为变截面变参数的梁模型,给出车体“梁式振动”方程,并引入变截面梁振动求解方法进行方程求解,从而得到车体“梁式振动”固有频率的求解方法。将该方法进行一般简化车体和实车车体的算例验证,其结果与有限元法、模态试验相比,其误差能够满足工程设计要求,且计算灵活、效率高、周期短。该方法求解车体“梁式振动”固有频率方面具有计算灵活、效率高、时间短、易于程序化、占用资源少等特点。(3)根据车体“筒式振动”特点,为有效反映车体整体及其局部的板壳振动特征,建立了车体的各部件的有无开口、含吊挂质量块的等效板元模型,并给出其相应振动方程及其求解方法。在此基础上,根据车体结构特征,将相应板元模型组装得到车体总成板元模型,并给出总成板元模型的组装方法及其振动方程的求解方法,从而得到了车体“筒式振动”固有频率的求解方法。将该方法进行等效板元的算例分析验证,给出了门窗等开口布局、吊挂质量块布局对车体固有频率的影响,以及各板元振动特性对车体总成振动特性的影响。其结果与实车有限元法结果相比,其误差能够满足工程需要,且计算灵活、效率高、周期短。该方法求解车体“筒式振动”固有频率方面具有计算灵活、效率高、时间短、易于程序化、占用资源少等特点。(4)车体固有频率优化设计是一个多目标快速协同,进而得到最优的车体结构设计参数的过程。因此,在前述车体固有频率快速算法的基础上,将响应面法引入车体固有频率快速计算中,建立车体固有频率与设计参数之间的响应面模型。之后,将该响应模型与非线性约束、参数空间逼近等优化设计方法相结合,建立车体固有频率的多目标优化函数,并给出其求解方法。运用该法进行了实车车体结构固有频率的多目标优化,得到了最优的结构设计参数,表明了该方法的合理性、可应用性。本论文阐述了适用于概念设计阶段的车体固有频率分析及其优化设计的方法、流程和步骤。利用该方法可以在概念设计阶段较早的预测车体振动特性,并为车体的平、断面的布局工程优化提供设计建议,也为高速列车车体振动设计提供了新方法。
王晟琪[10](2018)在《复合相变储能多孔砖的传热特性研究及其优化设计》文中进行了进一步梳理相变材料(phase change material,PCM)是一种新型节能材料,具备储能密度高、化学性质稳定、相变温度选择范围宽、控制方便等优点,将其应用于建筑材料中理论上可有效降低建筑能耗。然而,PCM所存在的导热系数低、液相易泄漏等问题使其在建筑节能领域的实际应用中无法达到预期效果。为了解决上述问题,本文结合国内外研究现状开展如下工作:选取石蜡为PCM,利用碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)对石蜡进行改性以提高其导热性能;利用膨胀珍珠岩(expanded perlite,EP)与石蜡复合实现定形改性,并结合白乳胶进行成膜封装以缓解PCM的泄漏问题;通过实验的方式研究经改性、封装处理后的定形PCM填充于建筑试块的传热特性,与此同时,采用有限元方法建立与实验相对应的相变储能建筑试块在给定温度边界条件下的传热模型并进行仿真模拟;基于所建传热模型对建筑试块空腔结构进行优化设计并仿真模拟,从而提出可进一步提高填充PCM的建筑试块相变储能效率的空腔结构类型,最终得到如下结论:(1)通过对不同质量分数CNTs/石蜡复合材料及纯石蜡进行差示扫描量热法测试(differential scanning calorimetry,DSC)、导热性能测试以及吸放热速率测试实验,结果表明:CNTs/石蜡复合材料相比纯石蜡导热系数提高,相变温度降低,且CNTs质量分数越大,则CNTs/石蜡复合材料的导热系数越高,相变点温度越低,但是对相变潜热的影响较小。(2)EP与石蜡复合成定形PCM时两者的最佳混合比例约为1:4,并利用白乳胶对其进行成膜封装,可有效缓解PCM由固态向液态转变时出现的泄漏现象,最终得到的试样为EP/石蜡复合材料及CNTs/EP/石蜡复合材料。(3)将定形PCM试样填充于建筑试块空腔内并为建筑试块下表面进行恒温加热。实验表明,在传热过程中,当建筑试块空腔内定形PCM达到相变温度时,会吸收大量热量并以潜热形式储存起来,从而有效控制建筑试块内部的温度上升,进而降低试块上表面温升速率。空腔内填充CNTs/EP/石蜡复合材料的建筑试块与填充EP/石蜡复合材料相比,前者相变储能过程所需时间明显较短,且建筑试块上表面的温升速率较低。(4)在恒壁温边界条件下,定形PCM填充于分形空腔的建筑试块与填充于相同面积的单一空腔相比,两者传热特性存在显着差异,前者能通过定形PCM更有效控制试块的温度上升,即分形空腔建筑试块内定形PCM的储能效率更高。当建筑试块为分形空腔结构且保证面积相同的条件下,空腔结构的分布规律差异会对建筑试块及其空腔内定形PCM的传热特性造成较大影响,随着建筑试块比表面积增加以及空腔所在位置离热边界的距离减小,空腔内定形PCM相变储能效率提高且能更有效得控制试块温度上升。本文首先从CNTs/石蜡复合材料的制备、热物性参数测试、吸放热速率测试等方面开展对石蜡导热方面的改性研究。其次,以EP为载体制成EP/石蜡及CNTs/EP/石蜡复合材料,并进行成膜封装,实现对石蜡的定形改性,以缓解液态石蜡泄漏现象。再次,将EP/石蜡及CNTs/EP/石蜡复合材料应用于建筑试块空腔内,展开实验及仿真模拟研究,获得了建筑试块内温度分布、PCM的相转变规律,从而揭示了 PCM应用于建筑试块时的被动调温机理。最后,采用分形空腔的形式对建筑试块空腔结构进行设计,对填充改性PCM的建筑试块相变储能特性实现进一步优化。相关研究成果可为制备高性能建筑材料、预测建筑节能性和指导建筑节能设计提供理论、技术支持。
二、化学实验的误差分析及其优化设计(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、化学实验的误差分析及其优化设计(论文提纲范文)
(1)基于加速试验和随机过程模型的车用橡胶材料可靠性评估研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 橡胶可靠性及其应用 |
1.2.2 加速退化试验技术 |
1.2.3 加速失效机理一致性辨识 |
1.2.4 基于退化数据的可靠性建模 |
1.3 关键问题与技术路线 |
1.3.1 拟解决的关键问题 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 加速退化建模理论基础 |
2.1 可靠性理论基础 |
2.1.1 可靠性的度量指标 |
2.1.2 性能退化相关理论 |
2.2 性能退化建模 |
2.2.1 基于退化轨迹的退化建模 |
2.2.2 基于退化量分布的退化建模 |
2.2.3 基于随机过程的退化建模 |
2.3 加速模型 |
2.3.1 物理加速模型 |
2.3.2 经验加速模型 |
2.3.3 统计加速模型 |
2.4 加速因子不变原则及其推导 |
2.4.1 Wiener过程的加速因子不变原则推导 |
2.4.2 Gamma过程的加速因子不变原则推导 |
2.4.3 Inverse Gaussian过程的加速因子不变原则推导 |
2.5 Copula函数理论基础 |
2.5.1 Copula函数定义 |
2.5.2 Sklar定理 |
2.5.3 常见Copula函数 |
2.5.4 相关性度量 |
2.5.5 模型选择准则 |
2.6 参数估计 |
第3章 橡胶加速退化性能评价指标及内在机理分析 |
3.1 橡胶性能退化评价指标 |
3.2 橡胶性能试验 |
3.2.1 加速退化试验 |
3.2.2 单轴拉伸试验 |
3.2.3 硬度测量实验 |
3.3 老化橡胶微观组织试验 |
第4章 自然环境下车用密封橡胶性能退化建模 |
4.1 基于退化数据的建模概述 |
4.2 密封橡胶退化数据建模分析 |
4.2.1 橡胶性能参数退化轨迹拟合 |
4.2.2 伪失效寿命值的统计分布 |
4.3 加速失效机理一致性检验 |
4.4 自然环境下橡胶性能衰退预测 |
4.5 橡胶密封圈存储可靠度计算 |
第5章 橡胶多元性能退化可靠性建模 |
5.1 多元性能退化可靠性建模理论 |
5.2 多元性能退化可靠性评估模型 |
5.2.1 橡胶加速退化试验概述 |
5.2.2 橡胶退化数据描述 |
5.2.3 多元应力加速退化可靠性建模 |
5.3 参数估计 |
5.3.1 边际退化模型的参数估计 |
5.3.2 Copula函数的参数估计 |
5.4 车用橡胶可靠性评估 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 研究内容 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
发表的学术论文 |
国家发明专利 |
参与的科研项目 |
获得的奖励荣誉 |
致谢 |
(2)管翅式机油冷却器散热性能分析及优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 管翅式机油冷却器简介 |
1.2.1 管翅式机油冷却器构造 |
1.2.2 管翅式机油冷却器的换热过程 |
1.2.3 常见翅片的类型 |
1.3 管翅式机油冷却器国内外研究现状 |
1.3.1 平直翅片国内外研究现状 |
1.3.2 波纹翅片国内外研究现状 |
1.4 CFD基本理论 |
1.4.1 基本假设 |
1.4.2 控制方程 |
1.4.3 湍流模型 |
1.4.4 CFD软件介绍 |
1.5 本课题主要的技术路线与研究内容 |
1.5.1 技术路线 |
1.5.2 研究内容 |
第2章 管翅式机油冷却器的数值模拟与试验 |
2.1 物理模型 |
2.1.1 模型简化 |
2.1.2 翅片结构参数 |
2.1.3 基管结构参数 |
2.2 模型预处理 |
2.2.1 全局化处理 |
2.2.2 建立流体域 |
2.3 网格划分 |
2.3.1 Meshing网格划分软件 |
2.3.2 网格质量验证 |
2.3.3 各进出口命名选择 |
2.4 数值计算 |
2.4.1 定义物性参数 |
2.4.2 计算域划分 |
2.4.3 进出口边界条件设置 |
2.4.4 数值模拟算法选择及求解器控制 |
2.5 风冷油试验 |
2.5.1 试验工况 |
2.5.2 试验对象 |
2.5.3 试验装置 |
2.6 模型验证 |
2.7 本章小结 |
第3章 管翅式机油冷却器散热性能分析及其优化设计 |
3.1 强化换热理论 |
3.2 管翅式机油冷却器性能参数 |
3.2.1 传热方程和换热系数 |
3.2.2 机油冷却器的流阻 |
3.2.3 综合系数 |
3.3 不同角度波纹翅片的物理模型 |
3.4 不同角度波纹翅片传热性能分析 |
3.4.1 速度场分析 |
3.4.2 温度场分布 |
3.4.3 传热性能参数分析 |
3.5 不同角度波纹翅片流阻性能分析 |
3.5.1 压力场分布 |
3.5.2 流阻性能参数分析 |
3.6 综合性能分析 |
3.6.1 综合系数分析 |
3.6.2 整体散热功率分析 |
3.7 不同翅片间距的管翅式机油冷却器散热性能分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 管翅式机油冷却器散热性能分析系统设计 |
4.1 油气温差与散热功率分析 |
4.2 进风口风速与散热功率分析 |
4.3 基于MATLAB的散热功率曲面拟合 |
4.3.1 交互式曲线和曲面拟合 |
4.3.2 拟合结果 |
4.4 基于MATLAB GUI的散热性能分析系统功能设计 |
4.4.1 MATLAB GUI平台 |
4.4.2 总体方案设计 |
4.4.3 各主要功能模块设计 |
4.4.4 GUI生成独立的应用程序 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
在学期间发表的学术论文与研究成果 |
致谢 |
(3)埋入电缆的复合材料构件力学性能分析及其优化设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 研究的背景和意义 |
§1.2 国内外研究现状 |
§1.2.1 国外研究现状 |
§1.2.2 国内研究现状 |
§1.3 本文的研究思路与章节安排 |
§1.3.1 论文研究思路 |
§1.3.2 章节安排 |
第二章 基本理论 |
§2.1 引言 |
§2.2 有限元分析理论 |
§2.2.1 有限元分析的基本理论 |
§2.2.2ANSYS有限元分析仿真软件介绍 |
§2.3 三点弯曲测试基本理论 |
§2.3.1 三点弯曲测试基本原理 |
§2.3.2 三点弯曲力学指标计算方法 |
§2.4 拉伸测试基本理论 |
§2.4.1 拉伸测试基本原理 |
§2.4.2 拉伸测试力学指标计算方法 |
§2.5 优化设计理论 |
§2.6 本章小结 |
第三章 埋入电缆的复合材料构件弯曲性能分析 |
§3.1 引言 |
§3.2 埋入电缆的复合材料构件有限元建模 |
§3.2.1 埋入电缆的复合材料构件模型分析 |
§3.2.2 埋入电缆的复合材料构件参数选择 |
§3.2.3 材料参数 |
§3.3 埋入电缆的复合材料构件有限元分析模型 |
§3.3.1 网格划分 |
§3.3.2 边界条件和加载条件 |
§3.3.3 弯曲加载条件下埋入电缆的复合材料构件弯曲性能分析 |
§3.3.4 电缆埋入不同铺层角度复合材料构件弯曲性能分析 |
§3.3.5 电缆埋入位置变化对构件弯曲性能的影响 |
§3.3.6 电缆直径变化对构件弯曲性能的影响 |
§3.3.7 电缆间距变化对构件弯曲性能的影响 |
§3.4 本章小结 |
第四章 基于响应面-遗传算法的构件参数优化研究 |
§4.1 引言 |
§4.2 响应曲面试验设计 |
§4.2.1 响应曲面法的基本原理 |
§4.2.2 实验设计 |
§4.2.3 响应曲面法关系模型的拟合 |
§4.2.4 响应曲面分析 |
§4.3 基于遗传算法的构件参数优化研究 |
§4.3.1 遗传算法简介 |
§4.3.2 遗传算法特点及求解步骤 |
§4.3.3 基于遗传算法优化构件参数 |
§4.3.4 优化结果验证与误差分析 |
§4.4 本章小结 |
第五章 埋入电缆的复合材料构件拉伸性能分析 |
§5.1 引言 |
§5.2 埋入电缆的复合材料构件拉伸有限元模型建立 |
§5.2.1 边界条件和加载条件 |
§5.2.2 埋入电缆的复合材料构件拉伸性能分析 |
§5.2.3 电缆埋入位置变化对构件拉伸性能影响 |
§5.2.4 电缆间距变化对构件拉伸性能影响 |
§5.2.5 电缆直径变化对构件拉伸性能影响 |
§5.3 埋入电缆的复合材料构件正交试验设计 |
§5.3.1 正交试验设计方法简介 |
§5.3.2 正交试验设计方案 |
§5.3.3 试验数据结果有效性分析 |
§5.3.4 正交试验结果极差分析 |
§5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
§6.1 全文总结 |
§6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
(4)树状肋储能换热器的固液相变传热特性研究及其结构优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 储能技术研究进展 |
1.2.2 相变储能技术与相变材料研究进展 |
1.2.3 强化换热技术研究进展 |
1.2.4 异形结构相变储能换热器研究进展 |
1.2.5 分形树状结构研究进展 |
1.3 本文研究内容 |
1.4 本章小结 |
第二章 树状肋储能换热器的释能特性研究及其结构优化 |
2.1 树状肋储能换热器设计 |
2.2 数学模型的建立及求解 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 初始和边界条件 |
2.2.3 数值求解 |
2.2.4 网格及时间步长独立性验证 |
2.2.5 模拟验证 |
2.3 模拟结果分析与讨论 |
2.3.1 凝固过程分析 |
2.3.2 能量变化特征 |
2.3.3 肋片结构优化 |
2.4 本章小结 |
第三章 树状肋储能换热器中固液相变传热的实验研究 |
3.1 实验装置与研究方法 |
3.1.1 实验原理和目的 |
3.1.2 实验系统 |
3.1.3 实验方案与步骤 |
3.1.4 误差分析 |
3.2 结果分析与讨论 |
3.2.1 储能换热器储能性能分析 |
3.2.2 肋片形状对储能换热器性能的影响 |
3.2.3 分形树状肋储能换热器的储能特性分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 树状肋-孔网络储能换热器中凝固传热特性的模拟研究 |
4.1 树状肋-孔网络相变储能换热器设计 |
4.2 数学模型的建立及求解 |
4.2.1 初始和边界条件 |
4.2.2 网格及时间步长独立性验证 |
4.3 模拟结果分析与讨论 |
4.3.1 凝固过程分析 |
4.3.2 温度变化过程分析 |
4.3.3 能量变化特征 |
4.3.4 装置性能评价 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的主要学术成果 |
(5)斯特林/脉管复合型制冷机的热力学特性与实验验证(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 斯特林制冷机 |
1.2.1 发展回顾 |
1.2.2 理论研究 |
1.2.3 空间应用 |
1.3 脉管制冷机 |
1.3.1 发展回顾 |
1.3.2 理论研究 |
1.3.3 空间应用 |
1.4 斯特林/脉管复合型制冷机的研究进展 |
1.4.1 95K高效率制冷机计划(HEC计划,2001年) |
1.4.2 80K/35K斯特林/脉管复合型制冷机(RSP2/RSP2-CTSU,2003年) |
1.4.3 带惯性管的110K/40K斯特林/脉管复合型制冷机(RSP2 with Inertance Tube,2004 年) |
1.4.4 大冷量85K/35K斯特林/脉管复合型制冷机(HC-RSP2,2008 年) |
1.4.5 中冷量110K/58K斯特林/脉管复合型制冷机(MC-RSP2,2008 年) |
1.4.6 低温55K/10K斯特林/脉管复合型制冷机(LT-RSP2,2010 年) |
1.4.7 60K/11.5K/4K斯特林/脉管/脉管复合型三级制冷机(RSP3,2012年) |
1.5 斯特林/脉管复合型制冷机存在的主要问题 |
1.6 本文主要工作 |
2 基于传输线方程的斯特林型制冷机通用模型 |
2.1 建模思路与假设 |
2.2 压力方程 |
2.2.1 回热器模型 |
2.2.2 腔体模型 |
2.3 体积方程 |
2.3.1 双活塞型斯特林制冷机 |
2.3.2 活塞/电机驱动排出器型斯特林制冷机 |
2.3.3 活塞/气动排出器型斯特林制冷机 |
2.3.4 斯特林型脉管制冷机 |
2.4 压力方程的简化 |
2.4.1 忽略声感(简化情况1) |
2.4.2 忽略声感与声容(简化情况2) |
2.4.3 忽略声感与声阻(简化情况3) |
2.5 本章小结 |
3 斯特林/脉管复合型制冷机的理论模型及热力学特性 |
3.1 复合型制冷机的理论模型 |
3.1.1 建模思路及假设 |
3.1.2 第二级建模 |
3.1.3 第一级建模 |
3.1.4 整机建模 |
3.2 复合型制冷机的热力学特性分析 |
3.2.1 压力波动特点分析 |
3.2.2 各级制冷状态分析 |
3.2.3 级间冷量分配分析 |
3.3 本章小结 |
4 斯特林/脉管复合型制冷机的设计方法 |
4.1 复合型制冷机的一般设计流程 |
4.2 复合型制冷机设计 |
4.2.1 设计目标及条件 |
4.2.2 初步设计 |
4.2.3 整机优化 |
4.3 本章小结 |
5 斯特林/脉管复合型制冷机的实验研究 |
5.1 实验装置 |
5.1.1 实验样机及压缩机 |
5.1.2 控制系统 |
5.1.3 测量系统 |
5.1.4 测量系统误差分析 |
5.2 实验结果与分析 |
5.2.1 单级斯特林制冷机实验 |
5.2.2 预冷型复合型制冷机实验 |
5.2.3 非预冷型复合型制冷机实验 |
5.3 本章小结 |
6 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 主要创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
作者简历 |
致谢 |
(6)C形龙门并联机床的机架模块化设计与优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 并联机床的发展概况 |
1.2.1 国外并联机床的发展 |
1.2.2 国内并联机床的发展 |
1.3 机床模块化设计研究概况 |
1.3.1 模块化设计研究概况 |
1.3.2 模块化设计在机床行业的应用概况 |
1.3.3 机架设计准则 |
1.4 机架整体性能分析与优化设计 |
1.4.1 结构性能分析 |
1.4.2 机架结构优化设计 |
1.5 并联机床的主要误差来源 |
1.6 本文主要研究内容 |
2 并联机床的模块化设计 |
2.1 引言 |
2.2 机床模块化设计分析 |
2.2.1 模块化设计定义及原理 |
2.2.2 机床模块划分方法 |
2.3 机床各模块设计 |
2.3.1 机架制造方案选择 |
2.3.2 机床各模块结构设计 |
2.4 机床整体设计 |
2.4.1 卧式并联机床设计 |
2.4.2 龙门式并联机床设计 |
2.4.3 立式并联机床设计 |
2.5 本章小结 |
3 并联机床运动学与受力分析 |
3.1 引言 |
3.2 机床结构描述 |
3.3 运动学分析 |
3.3.1 机床坐标系的建立 |
3.3.2 位置分析 |
3.3.3 力雅克比矩阵求解 |
3.4 受力分析 |
3.4.1 铣削力计算 |
3.4.2 铰链受力仿真 |
3.5 本章小结 |
4 机架静力学分析及其优化设计 |
4.1 引言 |
4.2 有限元分析基础 |
4.3 卧式并联机床机架静力学分析 |
4.3.1 机架有限元模型的建立 |
4.3.2 计算结果分析 |
4.3.3 归纳与总结 |
4.4 卧式并联机床机架优化设计 |
4.4.1 机架局部结构改进 |
4.4.2 机架局部结构尺寸优化 |
4.5 龙门式并联机床机架及立式并联机床机架静力学分析 |
4.6 本章小结 |
5 机架动力学性能与精度验证 |
5.1 引言 |
5.2 螺栓结合面动力学模型 |
5.2.1 螺栓结合面的动力学分析 |
5.2.2 螺栓结合面的等效动力学模型 |
5.2.3 机架动力学有限元模型 |
5.3 机架动力学性能 |
5.3.1 模态分析 |
5.3.2 谐响应分析 |
5.4 机架精度验证 |
5.4.1 机床误差建模 |
5.4.2 机床动平台误差分析 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(7)典型轮式自行火炮系统优化设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 自行火炮发展现状 |
1.2.2 火炮发射过程建模与仿真研究现状 |
1.2.3 智能优化算法发展现状 |
1.2.4 自行火炮优化设计研究与应用现状 |
1.3 本文主要内容 |
2 轮式自行火炮多学科优化设计搜索策略研究 |
2.1 概述 |
2.2 多学科优化搜索策略 |
2.2.1 优化算法技术 |
2.2.2 多目标优化及Pareto最优理论 |
2.3 遗传算法及其特点 |
2.3.1 标准遗传算法 |
2.3.2 多目标遗传算法 |
2.4 果蝇优化算法及其特点 |
2.5 单目标果蝇优化算法改进 |
2.5.1 算法改进 |
2.5.2 改进的单目标果蝇优化算法流程 |
2.5.3 改进后优化算例研究 |
2.6 多目标果蝇优化算法改进 |
2.6.1 算法改进 |
2.6.2 改进的多目标果蝇优化算法流程 |
2.6.3 改进算法优化算例研究 |
2.7 本章小结 |
3 基于果蝇算法优化广义神经网络的身管初速衰减建模方法研究 |
3.1 概述 |
3.2 广义回归神经网络 |
3.2.1 广义回归神经网络的基础理论 |
3.2.2 基于广义回归神经网络的参数预测流程 |
3.3 身管初速衰减建模 |
3.3.1 身管初速衰减试验数据分析 |
3.3.2 基于广义回归神经网络的初速衰减建模 |
3.4 果蝇算法优化广义回归神经网络流程 |
3.5 结果与分析 |
3.5.1 基于试验数据的平滑因子优化 |
3.5.2 测试样本的初速衰减预测结果与试验数据对比分析 |
3.5.3 FOAGRNN模型与GRNN模型、BPNN模型比较 |
3.6 本章小结 |
4 弹道多学科优化设计研究 |
4.1 概述 |
4.2 弹道各学科理论计算模型 |
4.2.1 内弹道理论模型 |
4.2.2 外弹道理论模型 |
4.2.3 终点弹道理论模型 |
4.3 弹道协同仿真与模型验证 |
4.3.1 各学科模型耦合关系分析 |
4.3.2 弹道协同仿真模型验证与参数灵敏度分析 |
4.4 弹道多学科优化设计模型 |
4.4.1 目标函数 |
4.4.2 设计变量 |
4.4.3 约束条件 |
4.5 弹道多学科优化设计流程 |
4.6 优化结果与分析 |
4.7 本章小结 |
5 炮身-反后坐装置系统多学科优化设计研究 |
5.1 概述 |
5.2 反后坐装置建模与模型验证 |
5.2.1 反后坐装置计算模型 |
5.2.2 反后坐装置模型验证 |
5.2.3 反后坐装置模型参数影响分析 |
5.3 炮身-反后坐装置系统协同仿真建模 |
5.3.1 内弹道计算模型 |
5.3.2 身管计算模型 |
5.3.3 各学科模型耦合关系分析 |
5.4 炮身-反后坐装置系统多学科优化设计模型 |
5.4.1 目标函数 |
5.4.2 设计变量 |
5.4.3 约束条件 |
5.5 炮身-反后坐装置系统多学科优化设计流程 |
5.6 优化结果与分析 |
5.6.1 采用最大后坐阻力和身管质量的归一化线性加权最小为单一目标函数 |
5.6.2 采用最大后坐阻力最小和身管质量最小两个目标函数 |
5.7 本章小结 |
6 轮式自行火炮系统总体多学科优化设计研究 |
6.1 概述 |
6.2 轮式自行火炮系统发射动力学建模 |
6.2.1 自行火炮多体系统动力学理论 |
6.2.2 轮式自行火炮系统发射动力学模型 |
6.2.3 模型验证 |
6.3 轮式自行火炮系统协同仿真模型 |
6.3.1 轮式自行火炮系统协同仿真模型各学科模型耦合关系分析 |
6.3.2 协同仿真模型参数灵敏度分析 |
6.4 轮式自行火炮系统总体多学科优化设计模型 |
6.4.1 目标函数 |
6.4.2 设计变量 |
6.4.3 约束条件 |
6.5 轮式自行火炮系统总体多学科优化设计流程 |
6.6 优化结果与分析 |
6.6.1 以弹丸出炮口时炮口高低摆动角速度最小为目标 |
6.6.2 以弹丸出炮口时炮口高低摆动角速度最小、射程最远、杀伤面积最大为目标 |
6.7 本章小结 |
7 轮式自行火炮系统优化设计软件平台开发 |
7.1 概述 |
7.2 软件平台总体框架设计 |
7.3 开发与运行环境 |
7.4 软件平台功能实现 |
7.4.1 弹丸膛内外运动仿真模块 |
7.4.2 身管设计仿真模块 |
7.4.3 反后坐装置仿真模块 |
7.4.4 轮式自行火炮系统发射动力学仿真模块 |
7.4.5 弹道多学科优化设计模块 |
7.4.6 炮身-反后坐装置系统多学科优化设计模块 |
7.4.7 轮式自行火炮系统总体多学科优化设计模块 |
7.5 本章小结 |
8 全文工作总结及展望 |
8.1 研究工作总结 |
8.2 论文主要创新点 |
8.3 研究工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(8)髋关节置换术中的髋臼锉优化设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与研究意义 |
1.1.1 髋关节 |
1.1.2 髋关节置换及其手术器械 |
1.1.3 科学问题与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 髋臼窝软骨研究现状 |
1.2.2 髋臼窝软骨下骨研究现状 |
1.2.3 骨切削仿真和髋臼锉研究现状 |
1.3 课题来源及主要研究内容 |
1.3.1 课题来源 |
1.3.2 研究内容 |
第二章 实验设备及测试方法 |
2.1 实验材料及刀具 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验刀具 |
2.2 实验设备 |
2.3 测试方法 |
2.3.1 髋臼软骨及软骨下骨拉伸实验 |
2.3.2 髋臼软骨压缩实验 |
2.3.3 髋臼软骨下骨硬度测试实验 |
2.3.4 髋臼锉切削髋臼软骨分析及髋臼锉切削力测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 髋关节软骨及软骨下骨结构观察和力学性能测试 |
3.1 髋关节软骨及软骨下骨的结构观察与分析 |
3.1.1 切片样品制作 |
3.1.2 髋臼软骨及软骨下骨显微结构观察 |
3.2 髋臼软骨力学性能实验 |
3.2.1 单轴拉伸实验 |
3.2.2 单轴压缩实验 |
3.3 髋臼窝软骨下骨力学性能实验 |
3.3.1 单轴拉伸实验 |
3.3.2 髋臼窝软骨下骨硬度测试实验 |
3.4 本章小结 |
第四章 髋臼锉研究及其优化设计 |
4.1 髋臼锉设计原理分析 |
4.1.1 多孔髋臼锉切削齿几何参数分析 |
4.1.2 多孔髋臼锉切削齿分布规律分析 |
4.2 多孔髋臼锉切削实验 |
4.2.1 多孔髋臼锉切削牛髋臼软骨过程观察 |
4.2.2 多孔髋臼锉切削力、力矩与切削温度 |
4.2.3 多孔髋臼锉切削表面特征 |
4.2.4 多孔髋臼锉切削力模型建立 |
4.3 多孔髋臼锉优化设计 |
4.3.1 多孔髋臼锉切削齿分布优化 |
4.3.2 多孔髋臼锉切削齿齿形优化 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于Abaqus软件的髋臼锉切削齿切削软骨下骨仿真 |
5.1 有限元方法及Abaqus软件介绍 |
5.1.1 有限元方法 |
5.1.2 Abaqus软件介绍 |
5.2 皮质骨特性 |
5.3 皮质骨失效模式分析和本构方程 |
5.3.1 皮质骨切削过程分析 |
5.3.2 皮质骨的失效模式分析 |
5.3.3 皮质骨本构方程 |
5.4 皮质骨切削仿真 |
5.4.1 皮质骨模型和髋臼锉单切削齿模型的建立 |
5.4.2 皮质骨和切削齿材料属性设置 |
5.4.3 定义分析步和相互作用 |
5.4.4 定义载荷和模型网格划分 |
5.4.5 仿真结果分析 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表论文 |
致谢 |
(9)高速列车车体固有频率分析及优化设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景、目的及意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究目的 |
1.1.3 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 梁模型在车体振动分析中的应用现状 |
1.2.2 刚柔耦合方法在车体振动分析中的应用现状 |
1.2.3 基于有限元的车体振动特性分析现状 |
1.2.4 基于安全性的结构振动研究现状 |
1.2.5 不足之处 |
1.3 研究方法 |
1.3.1 研究问题的提出 |
1.3.2 本文研究方法 |
1.4 论文的主要工作及研究思路 |
1.5 本章小结 |
第2章 高速列车车体结构特点及固有振动特性 |
2.1 高速列车车体结构特点 |
2.1.1 车体轻量化发展 |
2.1.2 铝合金车体 |
2.2 高速列车车体固有振动特性 |
2.3 高速车体模型及其模态分析 |
2.3.1 车体模型 |
2.3.2 车体模态分析 |
2.4 车体固有振动特性分类 |
2.4.1 分类背景 |
2.4.2 梁式振动 |
2.4.3 筒式振动 |
2.5 本章小结 |
第3章 车体梁式振动固有频率分析方法 |
3.1 模型简化 |
3.1.1 车体结构简化 |
3.1.2 变截面梁模型等效 |
3.1.3 截面物理参数计算方法 |
3.2 计算模型 |
3.2.1 弯曲振动方程 |
3.2.2 扭转振动方程 |
3.2.3 变截面梁模型建立 |
3.3 求解方法 |
3.3.1 变截面梁弯曲振动频率求解方法 |
3.3.2 变截面梁扭转振动频率求解方法 |
3.3.3 车体梁式振动频率程序开发 |
3.4 算例分析及讨论 |
3.4.1 计算步骤 |
3.4.2 一般简化车体 |
3.4.3 实车车体 |
3.4.4 设计参数变化对车体固有频率的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 车体筒式振动固有频率分析方法 |
4.1 车体等效基本原理 |
4.1.1 车体等效基本思想 |
4.1.2 车体等效理论 |
4.2 车体简化等效模型 |
4.3 车体部件的板元振动方程 |
4.3.1 无开口均质板元振动方程 |
4.3.2 车体侧墙、车顶、端墙的板元振动方程 |
4.3.3 车体底架板元振动方程 |
4.4 车体筒式振动板元方程组装 |
4.5 算例 |
4.5.1 波纹板结构固有频率等效分析 |
4.5.2 部件的板元 |
4.5.3 板元封装成车体 |
4.5.4 结果讨论 |
4.6 本章小结 |
第5章 车体固有频率优化设计方法 |
5.1 .优化理论简述 |
5.2 优化设计流程 |
5.3 基于响应面模型的车体固有频率优化算法 |
5.3.1 设计参数对车体振动特性的影响 |
5.3.2 响应面模型构造 |
5.3.3 参数优化 |
5.3.4 车体固有频率优化 |
5.4 算例 |
5.4.1 计算步骤 |
5.4.2 车体固有频率优化目标 |
5.4.3 优化设计参数选择 |
5.4.4 响应面模型 |
5.4.5 车体结构设计参数优选 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
论文总结 |
工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研及其成果情况 |
发表的学术论文 |
参编的专着 |
申请的专利 |
从事的科研工作 |
(10)复合相变储能多孔砖的传热特性研究及其优化设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 本课的研究背景及意义 |
1.2 相变储能材料概述 |
1.2.1 储能技术及机理 |
1.2.2 相变材料的分类 |
1.2.3 相变储能材料的筛选原则 |
1.3 相变材料强化传热研究进展 |
1.3.1 添加肋片强化传热 |
1.3.2 添加泡沫金属强化传热 |
1.3.3 微胶囊封装强化传热 |
1.3.4 添加碳材料强化传热 |
1.4 相变材料在建筑节能中的应用研究进展 |
1.4.1 相变储能围护结构 |
1.4.2 相变储热地板 |
1.4.3 相变材料与建筑材料结合方式 |
1.5 本文研究内容和技术路线 |
2 CNTs/石蜡复合材料的制备与性能测试 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料及设备仪器 |
2.2.1 实验所用原材料 |
2.2.2 实验所用设备及仪器 |
2.3 试样制备 |
2.3.1 CNTs类型的选择 |
2.3.2 CNTs/石蜡复合材料的制备 |
2.4 CNTs/石蜡复合材料热性能测试 |
2.4.1 DSC测试 |
2.4.2 导热性能测试 |
2.4.3 吸、放热速率测试 |
2.5 其他热物性参数预测 |
2.6 本章小结 |
3 EP/石蜡复合材料在建筑试块中传热过程的实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验原料及设备仪器 |
3.2.1 实验所用原材料 |
3.2.2 实验所用设备及仪器 |
3.3 EP/石蜡定形PCM的制备 |
3.3.1 EP/石蜡混合比例的确定 |
3.3.2 EP/石蜡定形PCM的成膜封装 |
3.4 填充定形PCM的建筑试块传热过程实验测试 |
3.4.1 实验原理及实验方案 |
3.4.2 数据采集及数据处理 |
3.4.3 实验结果分析及讨论 |
3.5 本章小结 |
4 相变储能建筑试块传热过程模拟及其空腔结构的优化设计 |
4.1 引言 |
4.2 相变储能建筑试块传热模型建立 |
4.2.1 物性参数的确定 |
4.2.2 物理模型 |
4.2.3 数学模型 |
4.2.4 网格划分 |
4.2.5 模型验证 |
4.3 建筑试块空腔结构的优化设计方案及模型建立 |
4.3.1 建筑试块空腔结构设计 |
4.3.2 不同空腔结构建筑试块的传热模型建立 |
4.4 仿真模拟计算结果及分析 |
4.4.1 试块在传热过程中的温度分布及PCM两相分布 |
4.4.2 空腔分布差异对试块相变传热特性的影响 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
四、化学实验的误差分析及其优化设计(论文参考文献)
- [1]基于加速试验和随机过程模型的车用橡胶材料可靠性评估研究[D]. 李松. 吉林大学, 2021(01)
- [2]管翅式机油冷却器散热性能分析及优化[D]. 张远杰. 扬州大学, 2020(01)
- [3]埋入电缆的复合材料构件力学性能分析及其优化设计[D]. 庄功伟. 桂林电子科技大学, 2020(02)
- [4]树状肋储能换热器的固液相变传热特性研究及其结构优化[D]. 李杰. 东南大学, 2019(01)
- [5]斯特林/脉管复合型制冷机的热力学特性与实验验证[D]. 郭永祥. 浙江大学, 2019
- [6]C形龙门并联机床的机架模块化设计与优化[D]. 熊万涛. 南京理工大学, 2019(06)
- [7]典型轮式自行火炮系统优化设计方法研究[D]. 曹岩枫. 南京理工大学, 2019(06)
- [8]髋关节置换术中的髋臼锉优化设计[D]. 江文涛. 广东工业大学, 2018(01)
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