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涡旋压缩机结构参数的协同优化设计
作 者: 孙会伟
导 师: 刘涛
学 校: 兰州理工大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 涡旋压缩机 结构参数 多学科设计优化 协同优化 iSIGHT
分类号: TH45
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
涡旋压缩机凭借其结构紧凑、高效节能、微振低噪和可靠性高等优点,已经广泛的应用于空调、制冷、各种气体压缩、增压器、真空泵和液压泵等很多领域。传统的压缩机设计方法是经验、半经验方法,并且费时、费工,效率低,还有最终方案并不是整体的最佳方案,并且以前的机械结构优化设计通常主要针对一个或是多个零部件进行优化,并没有单独的考虑某一个性能或学科对工程产品带来的影响,也就是考虑的因素较单一,所以使得结构优化设计所得结果的精确度非常低,这些结果还可能不符合工程需要,这就使结构优化设计促使研究设计人员向系统和总体的优化设计方向发展。多学科设计优化方法(MDO)是利用每个学科级之间所产生的相互作用进行并行性的计算,并且利用准确度较高的分析模型去设计优化,其中协同优化方法是近几年发展较快的一种多学科设计优化算法。本文首先介绍了涡旋压缩机的工作原理和圆渐开线的几何理论,概述了影响涡旋压缩机结构参数的主要机构;对涡旋压缩机的主要结构参数间的关系进行了分析;探讨了协同优化的设计思想及其数学模型,还阐述了协同优化建模及其建模过程分析,并讲述了协同优化设计建模技术。本文利用协同优化方法进行了涡旋压缩机的结构参数设计优化,通过建立多学科设计优化数学模型,然后集成至(?)iSISIGHT软件进行智能优化以达到设计周期得以缩短、开发成本得以降低、产品竞争力得以提高的目的。最后进行了涡旋压缩机多学科设计优化方法实例分析,得出了一组能满足多性能较优要求、可提高整机效率、改善工作条件的尺寸结构。优化结果证明了协同优化算法解决涡旋压缩机多学科设计优化问题的有效性,为解决更为复杂的机械系统的优化设计问题奠定了基础。最后对结构参数优化后的动涡旋盘进行了模态分析,得出了前六阶固有频率及其对应固有频率下的振型。
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全文目录
目录 5-7 摘要 7-8 Abstract 8-13 第1章 绪论 13-22 1.1 引言 13 1.2 国内外研究现状分析 13-18 1.2.1 涡旋压缩机的发展历史 13-14 1.2.2 涡旋压缩机的研究现状 14-17 1.2.3 多学科优化方法的研究现状 17-18 1.3 问题的提出与来源 18-19 1.3.1 问题的提出 18-19 1.3.2 课题来源 19 1.4 研究的目的及意义 19-20 1.4.1 研究的目的 19 1.4.2 研究的意义 19-20 1.5 研究的主要内容及其创新性 20-21 1.5.1 研究的主要内容 20 1.5.2 研究的创新性 20-21 1.6 本章小结 21-22 第2章 涡旋压缩机概述 22-30 2.1 涡旋压缩机的工作原理 22-25 2.2 涡旋压缩机的类型 25-26 2.3 涡旋机械的传动机构 26-29 2.3.1 主轴结构 26-28 2.3.2 防自转机构 28-29 2.4 本章小结 29-30 第3章 涡旋压缩机主要结构参数的分析 30-41 3.1 圆渐开线涡旋齿的几何理论 30-32 3.1.1 圆渐开线的基本特点 30-31 3.1.2 圆渐开线的几何理论 31-32 3.2 基圆渐开线型线主要几何参数间的相互关系 32-37 3.2.1 涡旋体壁厚t对其它几何参数的影响 32-35 3.2.2 基圆半径对其它几何参数的影响 35-37 3.3 背压力计算和背压孔开设 37-39 3.4 设计变量的确定 39-40 3.5 本章小结 40-41 第4章 协同优化技术 41-49 4.1 协同优化的设计思想 41-42 4.2 协同优化的数学模型 42-45 4.2.1 协同优化数学模型形成过程 42-43 4.2.2 协同优化的数学模型 43-45 4.3 协同优化建模技术 45-47 4.4 分布式协同优化环境 47-48 4.5 本章小结 48-49 第5章 涡旋压缩机的协同优化设计 49-65 5.1 涡旋压缩机的优化设计方法 49-50 5.2 涡旋压缩机结构参数的优化 50-53 5.2.1 优化设计变量的选取 50 5.2.2 目标函数的确定 50-51 5.2.3 约束条件的确定 51-53 5.3 涡旋压缩机结构参数的优化过程 53-58 5.3.1 设计问题的软件实施 53-55 5.3.2 涡旋压缩机结构参数的优化 55-58 5.4 实验结果及其分析 58-59 5.4.1 给定空调工况 58 5.4.2 计算结果分析 58-59 5.5 结构参数优化后涡旋盘的模态分析 59-64 5.5.1 模态分析理论基础 59-60 5.5.2 动涡旋盘型线方程及模型的建立 60-62 5.5.3 涡旋盘的模态分析 62-64 5.6 本章小结 64-65 结论 65-66 参考文献 66-69 致谢 69-70 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文 70
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 气体压缩与输送机械 > 压缩机、压气机
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