RTO设备数字化设计系统研究与开发
这是一篇关于蓄热式氧化炉,二次开发,参数化设计,自动化仿真,排样算法的论文, 主要内容为随着我国环保政策日趋严格,蓄热式氧化炉(RTO)设备的市场需求不断增加,定制化已然成为当今RTO设备需求的主流,但在其研发过程中存在产品重复设计率高、工程分析经验缺乏继承以及钣金展开排样繁琐等问题。为缩短企业产品开发周期,促进企业数字化转型,本文开发出RTO设备数字化设计系统。根据系统需求,本文对参数化设计与自动化仿真分析方法及关键技术进行了深入研究,对最低水平算法结合遗传算法求解矩形件排样优化问题进行了重点分析。主要完成的工作包括:(1)根据企业产品设计的痛点问题,明确系统平台的功能需求,采用模块化的设计理念,搭建了系统总体设计框架。选择Visual Studio和Matlab为系统开发工具,VB.NET为编程语言,完成了系统的交互式界面开发以及模块功能实现。(2)针对产品设计重复率高,开发了参数化设计模块。运用SolidWorks二次开发技术,采用参数化设计思想,实现系列化零部件的参数化建模,工程图转换以及自动装配功能。并在此基础上,利用Access建立相关数据库以及模型资源库。(3)针对工程分析经验缺乏继承,开发了工程分析模块。采用ANSYS和Fluent二次开发技术,选择APDL和TUI命令为开发工具,分别采用批处理和进程调用的方式,实现系列化支撑架静力学分析和热旁通阀不同开度下炉体内部流体分析自动化。(4)针对钣金展开排样繁琐问题,开发了展开排样模块。研究了典型管类钣金件展开数学模型,建立参数驱动方程,实现典型管类钣金件的自动展开。还研究了矩形件排样问题,分析多种排样启发算法,选择最低水平算法作为排样策略算法,遗传算法作为排样优化算法,实现矩形件的自动排样,为钣金下料提供依据。本文开发的RTO设备数字化设计系统能够缩短蓄热式氧化炉开发周期,对提高企业市场竞争力,促进企业数字化转型有着重要的理论意义和工程价值。
基于参数化设计的古建浮雕逆时重现研究——以三龙壁为例
这是一篇关于古建浮雕,影壁,参数化设计,文化遗产数字化保护,Blender的论文, 主要内容为随着科技不断的进步,文化遗产的保护方式也随之发生了改变,从传统的物理修复逐渐向技术辅助修复、三维虚拟重建和数字信息传播等方面转变。越来越多的国际组织和政府开始意识到数字化保护的重要性,并积极推广相关技术。尽管数字化技术在文化遗产保护中扮演着越来越重要的角色,但现有方法仍然存在许多问题,例如与大众的互动性不足、三维重建结果缺乏文献支撑,以及只针对个别病害现象进行研究等。为了解决文化遗产数字化保护技术出现的问题,需要提出新的思路。古建浮雕作为我国重要的文化遗产,具有较高的艺术价值和研究价值,但常常被视为建筑的次要元素而忽略了对其的保护,且缺乏相关修缮规范和技术保障。浮雕集中出现在古代建筑群中的影壁上,因此本文以影壁作为研究对象,探寻新的数字化保护技术,为文化遗产数字化研究提供新方法。参数化是一种数学思想,已逐渐应用于设计领域并形成新的设计方法,即参数化设计。此方法使用参数构建数字化的程序,运用程序满足设计需求。它具有广泛的设计对象、不确定的设计过程以及实时反馈的设计结果等特点,可以应用于不同的文化遗产。而逆时重现是指模拟文化遗产从现在到过去的变化过程,强调文化遗产随时间变化的重要性,明确了数字化保护的重点。本研究结合参数化技术和逆时重现概念,增加时间参数,创新性地提出了古建浮雕逆时重现参数化系统。该系统基于影壁所有的病害现象,对病害与时间的逻辑关系进行了梳理,利用Blender平台构建了病害模拟数据库,即古建浮雕逆时重现参数化系统。具体研究工作如下:(1)确定了古建浮雕数字化保护的方法:选择影壁作为研究对象,梳理了影壁随时间发展产生的变化,对其病害现象进行分类。并基于逆时重现的概念,采用参数化技术提出逆时重现参数化系统。(2)建立了影壁病害的参数结构:根据影壁的病害现象,总结影壁病害的视觉表征特点,分析病害表征的影响因素,总结出对应的参数,构建病害的参数逻辑框架。(3)完成了对逆时重现参数化系统的搭建:根据Blender平台的底层逻辑,结合病害的参数,设计相应的节点组,从而实现影壁逆时重现参数化系统的搭建。(4)展示了逆时重现参数化系统的实际应用成果:在三龙壁作为案例中,我们对三龙壁实现数字化转化,使用逆时重现参数化系统,成功地实现了三龙壁从现在到过去的逆时重现过程。这一案例的成功验证了此方法的有效性。
基于模块化的简易升降式立体车库参数化设计及管理系统
这是一篇关于立体车库,模块化设计,参数化设计,二次开发,数据管理的论文, 主要内容为随着社会经济的发展,人们对出行方式有了更高的要求,用私人轿车替代公共交通工具在个人家庭变得普遍。随着汽车数量的不断提高,使得停车难的问题日益突出。与传统的平面停车场相对比,立体车库具有土地利用率高、空间使用率高、自动化程度高、适应性强等优点使其成为了解决城市停车困难问题的有效途径。本课题来源于企业实际需求,针对其简易升降式立体车库的设计现状,面对不同的车型承载需求时,需要在原有设计的基础上进行大量的修改,导致设计工作量较大并且具有重复性。本文基于模块化思想对简易升降式立体车库进行参数化设计,将模块化设计和参数化设计相结合的方法能有效缩短设计开发周期,提高企业的设计开发效率。首先,基于模块化设计理论,结合简易升降式立体车库的功能和结构特点,对其进行模块划分。其次,基于划分的模块,应用尺寸驱动的方式对模块零件进行参数化设计,建立模块零件模板库。最后,利用Visual Basic高级编程语言的窗体设计功能建立人机交互界面,结合Microsoft Access平台建立模块零件的参数数据库,在Solid Works软件平台进行二次开发,建立简易升降式立体车库参数化快速设计系统,实现模块零件的参数化建模,针对不同车型承载需求快速完成相应立体车库自底而上的自动化装配并导出对应的工程图。与此同时,针对企业处理立体车库清单数据异常繁琐且易出错的实际情形,采用My SQL数据库在Python编程语言环境下建立简易升降式立体车库的清单管理系统,实现对项目订单中零件清单数据进行智能化和自动化处理,方便相关人员对零件进行采购、加工以及对项目订单进行报价,操作简单快捷,同时避免由于数据繁琐而易导致的人为错误。基于模块化设计与参数化设计相结合的方法,建立参数化快速设计平台,有效缩短了简易升降式立体车库的设计开发周期,为简易升降式立体车库的研发提供一种可靠而快捷的方法,大大提高了企业设计效率和降低了成本。开发的简易升降式立体车库清单管理系统符合企业设计规范以及实际需求,在实际应用中取得成功,实现对项目清单数据处理的智能化和自动化。
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。
冷成型钢货架结构参数化设计模块开发及应用研究
这是一篇关于冷成型钢货架,参数化设计,结构分析模块,背拉体系优化,Grasshopper的论文, 主要内容为近年来物流仓储行业飞速发展,由于冷成型钢货架结构的自身特性,结构布置复杂且密集,结构单元数量可达数十万之多,设计细节区别常规钢结构设计,在结构设计、优化环节带来巨大工作量,故参数化的结构分析工作尤为重要;同时,各类结构商用设计软件均未针对冷成型钢货架结构做相应的优化,行业内缺少高效、便捷的结构设计工具。综上,结合国内外最新的冷成型钢货架研究成果,开发冷成型钢货架结构参数化设计模块具有重要的工程应用价值和社会意义。本文基于Grasshopper参数化平台进行二次开发,集成国内外最新的冷成型钢货架研究成果,编写冷成型钢货架结构参数化设计模块,包含了模型参数化生成、节点偏心、轴线偏心、任意截面识别、荷载装配、优化校核、后处理等一整套完整的分析工作流;并基于该模块,针对冷成型钢货架的整体力学性能进行研究,在保证货架安全性的同时,达到节省用钢量,提高设计效率的目的。冷成型钢货架结构参数化设计模块与SAP 2000等结构通用分析软件相比,适配冷成型钢货架结构特点进行内力分析,集成了冷成型钢货架最新的研究成果以及相关的规范要求,通过参数化的建模方式快速、精准建模,三维模型流畅显示无卡顿,思路简单明确、简化工作量,提升设计效率。可集成入未来的自动化仓库健康监测管理系统,为冷成型钢货架的分析、设计及优化提供了一套完整的解决方案。主要工作与结论如下:(1)基于经典有限元理论,通过C#编程语言进行空间杆系结构求解核心算法编译;为适配冷成型钢货架节点半刚性特点,推导考虑半刚性的空间杆件系统单元刚度修正矩阵;通过C#语言编译大型稀疏矩阵直接求解法和迭代求解法核心代码,探究适用于Grasshopper参数化平台的高效稀疏矩阵求解法,并通过实际工程算例验证,研究发现ICCG迭代求解法在Grasshopper参数化平台上的计算精度与计算效率相对较高;(2)基于有限元平面单元理论,通过C#语言开发任意截面属性求解模块,通过读取既有的DWG、DXF等格式的构件截面文件,自动过滤源文件中无关信息,进行截面属性批量识别,自动生成截面库,按截面尺寸大小自动排序,并实时显示各截面信息。(3)搭建冷成型钢货架结构参数化模块开发平台及编译框架,整合冷成型钢货架结构体系及分析理论;编制完整的设计模块:包括模型生成、定义材料、截面自动识别、装配模型、分配荷载、计算校核、模型后处理等;(4)将本文所开发的冷成型钢货架结构参数化设计模块与有限元结构分析软件SAP2000进行结果对比,结构侧移、层间侧移等等各项指标误差均在1%以下,证明了本文模块的有效性与高效性;(5)研究天轨吊梁及其支撑系统对冷成型钢货架结构的影响,提出了冷成型钢货架结构的简化模型,并验证其合理性;基于640组不同冷成型钢货架模型的参数化分析,提出了带背拉系统的冷成型钢货架层间侧移刚度修正系数。
发射装置参数化设计系统开发及仿真分析研究
这是一篇关于导弹发射装置,模块化设计,参数化设计,仿真分析,拓扑优化的论文, 主要内容为导弹发射装置是机载导弹系统中重要的组成部分,其设计影响着导弹发射时的俯仰角度、速度和加速度等初始参数,对导弹发射及载机运行的安全至关重要。以导弹发射装置为对象,针对其通用化程度低、设计开发成本高、周期长且样机生产成功率低等方面进行了相关研究:发射装置构型设计、参数化设计系统开发、系统动力学分析及关键零部件优化设计,主要研究内容如下:(1)发射装置构型设计。通过合理假设,建立等效的模型进行分析,构建导弹发射装置在工作状态下的运动模型,结合导弹发射的设计输入和系统需求,对三种方案布局分模块进行结构及外观设计;对三种方案的整体构型、各模块的尺寸和质量等物理参数及产品属性进行对比分析,运用模块化理论,将装置进行模块化处理,可提升其通用性。(2)参数化设计系统开发。采用Access、Visual Basic、SolidWorks等软件,将发射装置的设计计算与建模过程,运用代码的形式进行转换,以UI界面的形式呈现给机构设计师,实现系统级、部件级及零件级参数化设计开发;以气瓶、压紧机构、作动筒零部件为例,具体介绍尺寸驱动、宏录制、以及可执行程序法进行参数化设计的关键技术。发射装置的系统开发,可提高设计研发效率。(3)发射装置动力学分析。对导弹发射装置的驱动系统进行气源载荷分析,建立虚拟样机,模拟导弹运动过程,通过Adams软件获取导弹发射的速度、加速度以及角速度等参数,与设计要求进行对比分析,通过数值模拟选取符合指标的相关参数,为样机生产提供参考,提高实际生产的成功率,缩短生产研发周期。(4)关键零部件优化设计。运用Hypermesh、Optistruct、SolidWorks等软件,采用离散结构拓扑优化方法,以质量为目标函数,对壳体进行优化设计与性能分析;对锁壳体挂钩、止动挂钩进行结构尺寸的优化设计,并对优化后的结构再次进行静强度分析与验证,使其在满足导弹发射性能的情况下,实现相关结构的轻量化设计,从而提升载机的整体性能,节省生产材料与成本。
GW46型高压隔离开关参数化设计与机械特性仿真研究
这是一篇关于高压隔离开关,参数化设计,动力学特性优化,夹紧力,有限元分析的论文, 主要内容为高压隔离开关广泛存在于电网系统中,其使用量高达高压断路器的2～4倍,在电力系统中扮演着非常重要的角色,却经常发生故障,其工作情况与电网系统能否正常运行息息相关。数据显示,隔离开关一切故障中约有70%是机械故障。当前对于高压隔离开关的研究大部分集中在电磁、故障诊断等方面,对于机械特性的研究较少,机械性能还需进一步开展深入研究。本文以国家电网某企业研发生产的GW46型剪刀式高压隔离开关为研究对象,研究内容如下:(1)对产品结构和工作原理进行分析,构建GW46-126型高压隔离开关主闸刀的结构模型,在此基础上推导出产品主闸刀机构的运动学计算公式、理想平衡弹簧刚度计算公式和动力学方程。(2)利用Matlab软件数值解析高压隔离开关主闸刀系统的运动学公式,求解输出不同杆件的运动轨迹、角速度和角加速度。为方便用户产品开发,设计了参数化的GUI图形界面,可广泛用于GW46系列高压隔离开关,修改方便快捷,适用于GW46系列隔离开关的研发和优化改进。(3)基于参数化设计的参数在Solidworks三维建模软件中建立产品三维实体模型,导入动力学分析软件Adams中,仿真得出开合闸过程的驱动力矩曲线,与试验进行对比验证动力学模型的正确性,在模型正确的基础上仿真得出机构开合闸过程中不同杆件的轨迹和角速度,与Matlab数值解析的结果对照,互相验证;对机构开合闸过程中驱动力矩影响因素进行研究。(4)对高温高寒地区工作的主闸刀机构进行有限元分析,输出其常温下正常工作时的应力云图,并对其进行多温度场的分析研究。运用Abaqus软件对机构在-60℃到60℃范围内的机械特性进行仿真,得到机构动静触头夹紧力随温度的变化关系,并通过试验对仿真结果进行验证,就分析结果对产品提出使用指导;仿真静触头在夹紧状态下由于风力原因上、下移动的状况并给出建议。(5)对比Matlab离散粒子群优化方法和Adams动力学优化两种方法,分别对机构开合闸加速度和力矩进行优化使得机构运行更加平稳;基于Adams动力学分析软件对机构驱动力矩进行优化,提高产品的性能。
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