液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文
【简介】感谢网友“戴维宁”参与投稿，这里小编给大家分享一些液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文（共16篇），方便大家学习。
篇1：液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文
液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文
1基于最大应力约束的强度可靠性优化设计
1.1优化变量设定
在对液压支架掩护梁结构进行优化的阶段中，液压支架中的主要参数以及空间尺寸已经基本完成设计，为恒定状态。因此，设计变量可以选取支架主要部件所对应的钢板厚度，同时可在有限元优化中对其初始值进行定义。假定对于液压支架掩护梁而言，3个板厚分别定义为T1，T2，T3，均为设计变量，T1取值为25.0mm，为掩护梁竖筋板板厚，T2取值为25.0mm，为掩护梁上顶板板厚，T3取值为25.0mm，为掩护梁下腹板板厚。该状态下掩护梁整体质量为3345.0g。
1.2有限元优化分析
在有限元分析过程当中，选择掩护梁受力条件最为恶劣的偏载工况作为加载方式。在此工况下，整个液压支架的实验高度取值为2400.0mm。应力极限值在460.0MPa范围内，因此可设定掩护梁重量最小作为强度可靠性优化设计的基本目标。同时，遵循现行国家标准，将设计变量的增长步长设置为5.0mm。同时，对于液压支架而言，厚度在15.0mm以下的板材较为单薄，与液压支架其他组件结构无法相互配合，因此缺乏实际意义，故而在可靠性优化设计分析中，按照下表方式选择板厚，计算相应的组合方案。
1.3有限元优化结果分析
根据在不同组合方案下得到的数据分析来看，按照表1所取值IDE各种板厚组合方案均能够满足液压支架掩护梁结构强度可靠性优化设计中“掩护梁最大受力不超过屈服极限水平”的要求。在此状态下，在液压支架重量取最小值时，板材厚度T1，T2，T3均取值为20.0mm，与之相对应的探测点1应力水平为398.9MPa，探测点2应力水平为413.7MPa，可以满足应力标准要求，对应的液压支架掩护梁质量水平为2992.29kg。
2基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计
由于在现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，已经针对液压支架疲劳强度实验方法与结果提出了严格要求，因此在液压支架实验中仅需要满足要求即可，无需过分追求较大的疲劳寿命水平。从这一角度上来说，在对液压支架强度可靠性进行优化分析的过程中，不需要单独将液压支架疲劳寿命作为优化目标，将其满足循环寿命作为可靠性优化中的约束条件之一。从这一角度上来说，对于液压支架掩护梁而言，基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计可以从如下角度进行分析
2.1设定负载水平
在现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，耐久性试验规范中要求采取内加载方式进行循环加载，加载压力交替设置为1.05*额定工作压力以及0.25*额定工作压力。加载周期按照规范标准，设定为0次。
2.2有限元优化分析
有限元分析过程当中，结构材料为Q460，弹性模量取值为210000.0MPa，密度标准值为7.85kg/m3，泊松比取值为0.3，结构屈服强度取值为460.0MPa。根据结构优化分析数据表，可在满足所设定疲劳寿命（即加载周期20000次）的`条件下，最优方案为板材厚度T1，T2，T3分别取值为20.0mm，20.0mm，以及25.0mm，与之相对应的探测点1寿命水平为3.2*104，探测点2寿命水平为2.6*104。
3可靠性优化设计结果分析
根据以上分析数据，在最终确定可靠性优化设计方案的过程中，可以首先考虑适当减小T1板材厚度，然后可对T2板材厚度进行调整，最后是对T3板材厚度的控制。根据有限元分析结果，在满足液压支架掩护梁疲劳寿命以及应力水平基本要求的前提下，可先选几组性能较好的数据作为优选方案，展开进一步分析。备选数据方案如下表所示。
4结束语
对以上各个方案的可靠性优化结果进行对比分析：其中，对于A方案而言，在该组合下，液压支架掩护梁质量减小比例最大，虽然疲劳寿命有一定程度上的下降，但仍然能够满足所设定疲劳寿命（即加载周期20000次）的基本要求，同时应力变化较小。对于B方案以及C方案而言，虽然疲劳寿命取值有一定程度上的提高趋势，但同时应力值也对应下降，液压支架掩护梁质量减小状态不理想。对比A方案，D方案虽然能够使液压支架掩护梁的整体重量得到控制，但液压支架掩护梁的应力水平以及疲劳寿命改善效果均不理想。E方案虽然能够增大疲劳寿命，但也同时降低了最大应力水平，导致液压支架掩护梁质量与优化前差异不明显。故而，最终选择A方案作为可靠性优化方案。
篇2：液压净化系统仿真优化设计研究论文
1液压净化系统基本理论
（1）过滤元件。过滤原件是净化系统的最后屏障，是液压系统污染的关键步骤，是主要的元器件，对环境起到一个保障作用，具有一定的实际应用价值。
（2）液压净化系统简化模型。建立简化的模型必须进行推导，利用数学公式建立逻辑模型，通过逻辑模型建立实际应用模型，模型的建立需要一个严谨的推导过程，液压净化系统简化。
篇3：液压净化系统仿真优化设计研究论文
本论文对液压净化系统进行优化选择设计主要从元件级参数设置及系统布局两方面进行阐述，对液压系统进行优化及升级提高环境保护，对机械设备的使用寿命等有一定的延长，提高其工作效率有一定使用价值。
2.1元件级的优化设计
基于以上液压污染动态平衡方程，对过滤元件过滤器进行优化选择，主要从确定过滤时间、过滤比两个方面进行优化选择。
（1）临界时间的确定。临界时间是针对一定污染度油液的独立过滤系统而言，当过滤时间达到，过滤系统的固体颗粒浓度不会随时间的改变而改变，这个时间就称为临界时间。临界时间对元件级的优化设计有一定的帮助，是对整个元件的优化设计有一定指导作用，对元件级的优化设计能顺利进行提供有力保障。
（2）基于Matlab的过滤比的优化选择。通过Matlab的过滤比进行优化选择，对液压系统产生的标准污染油液进行过滤比较。
2.2系统级优化与设计
根据液压系统目标污染度的要求，适当选择过滤管路及过滤器过滤精度，用于滤除系统自身形成的污染和外部侵入的污染，使油液的污染度控制在组件能耐受的污染限度之内。
（1）液压净化系统的布局。液压净化系统在实际使用过程中必须进行合理化地布局，布局采用多种方式，有时候多种方式进行合理布局，可提高过滤效果，增大系统的纳污量，减少清洗次数及延长液压系统的寿命。
（2）不同组合方式的过滤效果。通过实验进行验证，应用一种过滤方式过滤效果一般，通过多种形式与方式进行过滤能产生不同的'效果，在工业实际生产过程中，经常选用多种组合方式进行过滤，其过滤效果是非常理想的，应用各种过滤方式的优势，达到一定效果。
3基于HyPneu的仿真验证
现用实例验证优化结果，将NAS1638的9级油转化成6级油的优化验证。总之，通过优化后的仿真模型具有一定改变，对液压系统的环境改善有一定帮助，对机械器件的使用具有一定的现实应用价值，液压系统污染性能仿真与优化设计是非常必要的，对液压系统、对环境的保护及机械元器件的使用寿命有一定的现实意义，为今后的液压系统改良具有一定指导意义。
篇4：液压系统优化设计论文
液压系统优化设计论文
1液压泵站的液压原理
新的系统选用2台37kW电机分别驱动一台A10VSO100的恒压变量泵作为动力源，系统采用一用一备的工作方式。恒压变量泵变量压力设为16MPa，在未达到泵上调压阀设定压力之前，变量泵斜盘处于最大偏角，泵排量最大且排量恒定，在达到调压阀设定压力之后，控制油进入变量液压缸推动斜盘减小泵排量，实现流量在0～Qmax之间随意变化，从而保证系统在没有溢流损失的情况下正常工作，大大减轻系统发热，节省能源消耗。在泵出口接一个先导式溢流阀作为系统安全阀限定安全压力，为保证泵在调压阀设定压力稳定可靠工作，将系统安全阀调定压力17MPa。每台泵的供油侧各安装一个单向阀，以避免备用泵被系统压力“推动”。为保证比例阀工作的可靠性，每台泵的出口都设置了一台高压过滤器，用于对工作油液的过滤。为适当减小装机容量，结合现场工作频率进行蓄能器工作状态模拟，最终采用四台32L的蓄能器7作为辅助动力源，当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出，以补液压泵流量。经计算，系统最低压力为14．2MPa，实际使用过程中监控系统最低压力为14．5MPa，完全满足使用要求。顶升机液压系统在泵站阀块上，由于系统工作压力低于系统压力，故设计了减压阀以调定顶升机系统工作压力，该系统方向控制回路采用三位四通电磁换向阀，以实现液压缸的运动方向控制，当液压缸停止运动时，依靠双液控单向阀锥面密封的反向密封性，能锁紧运动部件，防止自行下滑，在回油回路上设置双单向节流阀，双方向均可实现回油节流以实现速度的设定，为便于在故障状态下能单独检修顶升机液压系统，系统在进油回路上设置了高压球阀9，在回油回路上设置了单向阀14。该液压站采用了单独的油液循环、过滤、冷却系统设计，此外还设置有油压过载报警、滤芯堵塞报警、油位报警、油温报警等。
2机械手机体阀台的液压原理
对于每台机械手都单独配置一套机体阀台，机体阀台采用集成阀块设计，通过整合优化液压控制系统，将各相关液压元件采用集约布置方式，使全部液压元件集中安装在集成阀块上，元件间的连接通过阀块内部油道沟通，从而最大限度地减少外部连接，基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P－压力油口，P2－补油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后，经高压球阀1及单向阀2．1后，一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油，一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路，在每个回路的进出口都设置了单向阀，对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油，无需设置单向阀。对于小车行走系统，由比例阀12．1控制液压马达21的.运动方向，液压马达设置了旋转编码器，对于马达行走采用闭环控制，以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位，液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击，设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力，以起到制动缓冲作用，考虑到液压马达制动过程中的泄漏，为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象，用单向阀9．1和9．2从补油管路P2向该回路补油，为实现单台机械手的故障检修，在补油管路P2上设置了高压球阀8，为实现检修时，可以将小车手动推动到任意检修位置，系统设置了高压球阀5．2。对于双垂直液压缸回路，由比例阀12．2控制液压缸22的运动方向，液压缸安装了位移传感器，对于液压缸位置采用闭环控制，实现液压缸行程的精准定位，液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑，回路设置了双液控单向阀13．1，其为锥面密封结构，闭锁性能好，能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落，在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14，使液压缸22下部始终保持一定的背压力，用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮，在有杆腔设置了溢流阀15．1作为安全阀对于夹钳液压缸回路，工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动，来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作，回路设置了双液控单向阀13．2，来保证活塞较长时间停止固定位置，考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭)，在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15．3，调定无杆腔工作压力，当比例换向阀17右位工作时，压力油经液控单向阀13．2后，一路向有杆腔供油，一路经电磁球阀18向蓄能器19供油，当夹钳夹住车轮，有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后，比例换向阀17回中位，蓄能器19压力油与有杆腔始终连通，确保夹持动作有效，当比例换向阀17左位工作时，蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下，电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源)，将蓄能器6储存的压力油，一路经单向阀9．11供给夹钳液压缸23，使夹钳打开，同时有杆腔回油经电磁球阀18，单向阀9．9回回油T口;一路压力油经节流阀10，单向阀9．3使液压马达21带动小车向炉外方向运动，液压马达回油经比例换向阀12．1，单向阀9．5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮，退出加热炉内部，保护设备安全。
3结论
全液压装出料系统经优化设计，系统的装机容量由100kW下降到37kW，大大降低能源消耗，适应了当今绿色发展的要求。由于系统采用备用泵设计，确保了系统的长期稳定运行;蓄能器的大量使用，保证了系统的流量和压力满足生产实际的要求;集成阀块的设计方式，减少了系统下泄漏的几率，降低了油液消耗，保护了环境;紧急回路的设计，可以有效保护设备的使用安全。该技术成果具有向同类加热炉装出料机构推广应用经济价值。
篇5：计算机网络可靠性方法研究论文
0前言
目前，信息化时代的发展步伐在逐渐加快，计算机网络技术作为信息技术的重要组成部分，已经被广泛地应用在各行各业中，有效地促进了我国经济的可持续发展．计算机网络安全关系着企业的信息安全，而计算机网络的可靠性关系着企业能否正常持续地运行．所以，相关人员在使用计算机网络的过程中，要注重计算机网络的安全性和可靠性，让用户能够持续稳定地使用计算机网络．本文就计算机网络可靠性的相关内容进行简要分析．
1计算机网络安全存在的问题
1．1计算机网络操作系统存在漏洞
程序员在进行软件开发的时候会设置后门程序系统，以便后期对软件程序进行修改，但这完全可以成为非法人员攻击电脑的漏洞，导致文件泄漏或者丢失．尽管这些漏洞在系统升级的过程中是可以弥补的，但是一旦网络系统的可靠性不够，计算机网络的整个操作系统就会瘫痪．
1．2计算机网络操作系统的远程调用功能存在安全隐患
计算机网络操作系统可以提供远程调用功能（简称RPC），它可以将一台远程服务器中的信息数据调用出来，实现资源共享和信息通信．远程调用是在两种异型机器间进行，调用过程中有许多通讯环节，而这些环节恰恰就可以被人监控并利用从而导致一些安全问题的出现．
1．3计算机网络操作系统存在不合理的守护进程
计算机网络操作系统会有一些守护进程，它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件．守护进程是一种很有用的进程，能够完成许多系统任务，比如在计算机工作时会自动弹出一些窗口，这些窗口可以帮助用户屏蔽一些有害的病毒．但是，运行不必要或有漏洞的守护进程会给操作系统带来安全和性能上的影响，从而可能使整个系统受到攻击．
1．4计算机网络操作系统软硬件管理存在缺陷
计算机网络的操作系统本身就存在内存管理、CPU管理以及外设管理，这些管理系统中的任何一个出现问题，都会导致计算机网络操作系统瘫痪，而很多非法人员就是利用这些管理系统自身的缺陷来对计算机网络操作系统进行攻击，进而影响计算机网络的安全性和可靠性．
1．5病毒入侵
计算机病毒，是指编制或在计算机程序中插入的“破坏计算机功能或者毁坏数据，影响计算机使用，并能自我复制的一组计算机指令或者程序代码”，传播速度快，能够入侵并且吞噬电脑系统，导致计算机的各种性能下降或操作障碍，甚至使整个系统瘫痪，这样计算机网络的可靠性就会受到极大的威胁，给我们安全使用计算机带来危险．
篇6：计算机网络可靠性方法研究论文
2．1及时扫描修复系统存在的漏洞
只有及时修复系统漏洞，才能有效防止上网时被非法人员入侵．系统开发商一般每月都会发布最新的补丁，用以修复新发现的漏洞．补丁具有修复漏洞的重要功能，是保障电脑安全不可或缺的部分．用户可以借助网络安全软件“修复漏洞”功能，进行漏洞扫描和修复．
2．2合理设置访问权限和密码
在计算机网络上设置访问权限，访问者只有符合访问要求，才能够进入计算机网络系统进行访问，否则将不能够进入系统获取信息．这样才能有效保障计算机网络系统的信息安全，防止非法人士盗取重要资料和信息，提升计算机网络的可靠性．在设置访问权限基础上，还应设置密码对信息数据进行保护，使计算机网络系统只能允许指定的用户进入，这样就能有效防止非法用户进入系统破坏或者窃取信息，从而保证信息数据的完整性和安全性．
2．3合理选择守护进程规避安全隐患
有些重要的.守护进程是需要运行的，如crond、syslog、keytable、xinetd、kudzu、iptables等．而有些守护进程主要用于调试，如echo、echo－udp、daytime、daytime－udp、chargen、chargen－udp”等．守护进程中有些命令都是Berkley远程命令，如r命令，主要用来使一台计算机上的某个用户以相同的账号远程执行另一台计算机的一个程序，但是r命令已经被证实存在安全风险．对于确实需要的守护进程，应该尽量选用最新的版本程序，并做好安全防范工作．
2．4做好计算机病毒查杀工作
计算机病毒的危害非常大，它可以在不知不觉的情况下以最快的速度破坏计算机网络系统，所以要做好病毒查杀工作，可以在计算机上安装相应的杀毒软件以及修复软件，及时更新计算机网络，通过软件及时发现病毒和漏洞，并进行有效地杀毒和修复工作，保证计算机网络的安全，进而提高计算机网络的可靠性．
2．5提升防火墙功能
防火墙具有识别功能，设置防火墙能够让数据信息有选择地通过防火墙，只允许对计算机网络安全有利的信息进入防火墙，阻止有害的信息进入．防火墙也可以及时检查是否有危险性攻击，并有效拦截有害攻击．但是，随着人们对防火墙的要求越来越高，防火墙的这点功能远远不能满足市场需求，所以要提升防火墙功能，以保障计算机网络的可靠性．
2．6做好余度设计和容错设计的工作
要提高计算机网络的可靠性，还要做好余度设计和容错设计工作，确保在某一具体的领域内，所有的计算机都能成为互相的后备机，从而有效避免其中一台计算机出现故障，导致整个网络崩溃的现象发生．所以在设计计算机网络的过程中，要把计算机有效地关联起来，这样其中的一台或部分计算机出现问题也不会引起整个计算机网络的瘫痪，从而有效地提高计算机网络的可靠性，为企业正常、持续地运营提供保障．
2．7科学合理地融合高新技术
计算机网络的可靠性与计算机所使用的技术是息息相关的，因此在提高计算机网络可靠性的过程中，还要把信息化时代的高新技术科学合理地融合进来．例如：在设计计算机网络的过程中，可以适当地将略微超前的技术与设备引进来，从而提高计算机软硬件管理系统的环境适应能力，确保网络的可靠性和安全性．我们可以适当地保留传统的网络技术，这样可以避免使用新技术所带来的风险，让所设计的计算机网络有足够的扩充能力以及兼容能力，以便于提高计算机网络的可靠性，延长其使用寿命．
2．8与实际情况相结合
在提高计算机网络可靠性的过程中，要科学有效地与实际情况结合起来．对于计算机网络产品的选择，要根据实际的需要以及产品的具体性能来选择，性能最好的产品不一定是最适合的，所以要严格分析计算机网络的实际需要，然后与产品的特性相结合，设计出最适合的计算机网络．另外，在设计的过程中，还需要考虑到实际的规章制度，确保所使用的器件与所设计的系统能够兼容，进而提高计算机网络的可靠性．
2．9定期对计算机网络进行保养、维护与检修
在计算机网络的设计过程中，要尽可能地避免线路中断或者出现网络故障，同时还要有效地避免造成这些问题的因素，从设计方面确保计算机网络的可靠性．因此要定期对计算机网络进行检查与保养，随时做好维护、检修的准备，以便能够及时处理出现的故障，将故障带来的危害降到最低．当然也可以设立远程监控系统，随时掌握计算机网络的运行情况，以便及时地完善网络功能及配置，从而有效地提高计算机网络的可靠性，最大限度地发挥其功能．
3结语
计算机网络的可靠性关系着整个企业的运营状况，直接影响用户的满意度．在企业运转的过程中，计算机网络稍微出现一点偏差，就可能会导致企业的整个生产线停滞，造成不可估量的经济损失．所以，在现代化的企业生产中要有效地提高计算机网络的可靠性，同时还要不断研究提高计算机网络可靠性的方法，并将方法尽快落到实处，从而不断提高计算机网络的可靠性，保证企业持续有效运转，最终促进我国的经济水平不断提高．
篇7：液压支架跟机自动化控制系统设计研究
摘要针对液压支架跟机自动化控制系统的设计、应用课题，在分析跟机控制的影响因素及难点的基础上，对液压支架跟机自动化控制系统的流程进行设计，并提出系统几个关键点的耦合性解决方案，所研发的ZDYZ型液压支架跟机自动化控制系统在工作面条件良好时取得了十分优异的应用效果。同时，基于系统自带的参数互馈调整、故障识别、自我保护等功能，特殊地质条件的适应性和现场具体生产条件的应变性均得到较大提升，加速了综采工作面无人化、智能化的发展，实现了较好的技术及经济效益。
关键词液压支架；跟机自动化；系统耦合；互馈调参
液压支架是实现井工煤矿综合机械化开采的关键设备，与采煤机、刮板输送机合并称为“三机”。液压支架电液程序控制可实现本地控制、远程控制、自动控制为一体的便捷操作，可实现液压支架单架控制、成组控制、跟机自动控制、人工远程控制等功能。目前，在国内大型煤矿企业已逐渐得到普及应用，技术经济效益显著。尤其是跟机自动控制技术的研发及实践，为实现能带压移架及高效支护提供了可行路线，应作为煤矿综合机械化开采的重点方向。但是，跟机自动控制的技术实现还面临诸多难点，如对特殊地质条件的适应性、对现场具体生产条件的应变性、与采煤机刮板输送机的匹配性等，均限制了该技术的应用及发展［1－5］。本文即针对液压支架跟机自动化控制系统进行设计应用，并对其与地质、生产、设备耦合性进行针对性设计及解决，从而实现系统的工程化应用，创造可见的技术及经济效益。
1跟机控制的影响因素及难点
1．1跟机控制的影响因素分析
液压支架跟机自动化控制的影响因素较多，如工作面的倾角、顶板等地质条件，采煤机的割煤速度，刮板输送机的姿态，液压系统的供液压力及流量。对于工作面的具体地质条件来讲，煤层及工作面倾角会影响采煤机的运行速度、液压支架的牵引阻力、液压支架的上倾下滑、刮板输送机的上窜下滑等，对液压支架跟机控制产生影响。对于采煤机的割煤速度来讲，由于顶板条件的不同、三机配套关系的不同，割煤前超前几台支架收支架前探梁及护帮板、割煤后滞后几台支架伸前探梁及护帮板均在作业规程上有明确要求，因此，采煤机割煤速度会对跟机控制的参数产生影响。对于刮板输送机的姿态来讲，输送机的可弯曲度、与液压支架配套等会对跟机控制参数产生影响。液压系统的供液压力及流量对支架的牵引速度、同时牵引支架的数量、液压支架的推移牵拉等产生影响。
1．2跟机控制的难点分析
第一，液压支架跟机控制除了液压支架的牵拉升降之外，还涉及前探梁及护帮板控制、刮板输送机推移控制、液压支架防尘喷雾控制等，控制系统及流程相对复杂。第二，液压支架与刮板输送机是由“十”字形销耳连接，其相对支架的迁移具有一定程度的.离散行程特性，在工作面倾角顶底板等地质条件、支架输送机上窜下滑等生产条件的影响下，支架的控制难度较大。第三，液压供液系统及液压元件系统的故障率较高，液压供液系统需要保持足够的供液压力及流量来保障液压支架的组合动作，一旦出现泄液、漏液情况，就容易导致供液压力及流量不足。同时，液压支架元件数量多，一旦出现故障，就容易导致液压支架操控性变差、升降或迁移故障等，在采煤机保持正常行走速度时，液压支架可能会因故障出现跟机控制不匹配的问题，造成自动化控制的失效或事故。
篇8：液压支架跟机自动化控制系统设计研究
跟机自动化控制的基本原理是围绕采煤机的运行速度及采煤机液压支架的工艺匹配关系，自动对液压支架进行收前探梁、收护帮板、降架、拉架、升架、伸前探梁、伸护帮板等各项操作。整个操作过程包括传感器识别、信号传递、程序控制、指令发出、液压动作等，实现跟机自动控制。基于以上工作原理，设计液压支架跟机自动化控制系统的工作流程如图1所示。工作流程首先是根据环境影响因素，如顶板的破碎程度、底板的松软程度、煤层的倾角状况，来选择控制流程，如擦顶移架、抬底控制、防倾倒控制；然后根据采煤机速度、泵站供液能力等来选择控制方式；最后，选择控制的具体参数，并对具体的执行状态进行检查，再根据检查结果对参数及状态进行修正。该系统的重点在于其具有根据具体的地质生产条件进行自我组织和参数选择及调整功能，具有智能化的学习、修正、改善能力；并具有相应的故障识别功能，当系统发生故障时能够自动修正，无法修正的进行报警处理，方便人工维护；系统还具备基本的保护功能，如防止采煤机与液压支架碰撞、实现顶板基本支护、防止大面积空顶、防止液压支架倾倒等。
3系统耦合性关键点解决方案
液压支架跟机自动化控制系统是一项大的系统工程，系统内部各部支架耦合匹配至关重要，对该系统运行过程中的几个关键点进行重点分析：（1）跟机速度与采煤机运行速度耦合性控制。根据《煤矿安全规程》及《综采工作面作业规程》要求，一般条件下滞后采煤机后滚筒5～10架移架，顶板条件不佳时，滞后采煤机后滚筒3～5架追击移架。以MG150／375－W为例，其牵引速度为0～7．7m／min，以平均速度5m／min、单台液压支架宽度1．5m为例，每台液压支架的降架、拉架、升架时间应为1．5／5min，即18s，才能保证跟机速度与采煤机运行速度的匹配关系。如果速度不匹配，则会造成拉架滞后或跟机过紧的不利局面。（2）跟机控制与液压系统耦合性控制。根据上文分析，液压供液系统需要保持足够的供液压力及流量来保障液压支架的组合动作，从而满足采煤机运行速度较快时多台支架同时操作的条件；同时，必须保证液压支架的工作系统状态良好，具备可靠的牵拉操作条件，防止因支架牵拉故障造成动作缓慢、跟不上采煤机运行的情况出现。（3）跟机控制与端头割煤工艺耦合性控制。液压支架跟机自动化控制系统的关键控制区域在于端头三角煤处，两端头处割煤涉及单向割煤、双向割煤、反刀、支架跟机特别控制等特殊工艺。如图2所示，在两端头三角煤区域设置几个关键点解决采煤机端头作业时液压支架的灵活控制问题。在采煤机完成端头作业并反刀后再实施跟机拉架，并调整传感器灵敏度，适时地在拉架操作前进行伸前探梁、伸护帮板等临时支护。
4应用及展望
基于以上原理及流程所研发的ZDYZ型液压支架跟机自动化控制系统已在国内部分矿井进行应用，在工作面条件良好时取得了十分优异的应用效果。同时，基于系统自带的参数互馈调整、故障识别、自我保护等功能，特殊地质条件的适应性和现场具体生产条件的应变性均得到较大提升，促进了综采工作面无人化、智能化的发展，但在传感器的识别精度、参数反馈修正的速率、特殊地质生产条件的适应性方面仍需进一步研究及改进。
参考文献
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作者：史进康 单位：汾西矿业中兴煤业有限责任公司
篇9：网络可靠性优化设计探析论文
摘要:随着我国经济社会领域的高速发展与快速进步，从而国民生活水平的不断提高，整个社会已逐渐步入了信息时代，人们对网络的依赖性也越来越强，网络不仅在日常工作以及商业中成为不可缺少的部分，而且人们在日常生活中也达到了离不开的地步。可是，伴随而来的会出现一些问题，网络可靠性是一个主要问题，受到人们的广泛关注，增强对网络可靠性的研究，能够有效的确保网络正常稳定运转，而且可以推进网络的发展。文中将主要研究网络可靠性以及影响网络可靠性的因素，同时提出了有关的网络可靠性优化设计方法.
关键词:网络;可靠性;优化设计;问题
网络线路的高速覆盖以及各个领域的应用软件系统应运而生，快速改变了人们的工作流程以及生活方式，使得现代人越来越依赖网络，越来越离不开网络。所以，如果网络突然出现了问题，在工作以及生活中，几乎离不开网络的情况下，从表面看影响的只是工作以及生活，再进一步看，影响的是整个社会经济或者更重要其它方面。身体再好的人，都会有生病的时候，对于网络来说，网络故障等现象也是不可避免的，特别是我国，计算机以及网络发展应用时间不长，还没有丰富的优化计算机及网络安全可靠性的经验。由此，文中将主要提出：通过对网络的优化，增强安全以及可靠性的设计，提高网络各个方面的性能，降低网络故障出现的几率，从而降低各个方面的影响以及损失。
1网络可靠性概述
现代社会中，人们日常生活当中网络作为不可缺少的一部分。人们利用计算机通过网络能够学习想学习的知识，网上教学已经十分普遍，对上班族来说，网络的进步，也可以让他们充分使用空闲时间，使用计算机学习将自身水平提高。网络的迅速发展保证人们可以足不出户尽知天下事，同样发达的网络实现了网络购物，不出门就可以买到合适的物品，网络交易利用网络技术广泛普及，给人们带来便利，所以，人们越来越钟爱网络模式。可是伴随着网络的逐渐开放，产生了一系列不良的影响，例如，网络诈骗和网络陷阱等，因为网络是虚拟的，就带给诈骗人员机会。所以，要十分关注网络的可靠性与真实性。网络将资源扩大到最大，让更多的人对自己喜欢感兴趣的知识充分了解。网络的及时性，也让人们喜欢使用这样的方法，对任何事情都能轻易的了解。网络传播速度十分快，范围影响力大。例如，某地方出现自然灾害，通过网络就能够将各个不同地方的人们集聚起来，利用网络可以让更多的人们提供帮助。计算机以及网络也同样有脆弱的环节，容易遭受木马、病毒、攻击等的危害，比如网络中的某台计算机中病毒，则通过网络将会给个人隐私和财产安全带来伤害。所以，网络的安全可靠性是重中之重，只有安全可靠的网络环境，才能让使用者不担心自己的财产安全的情况下创造更多更高的价值。
篇10：网络可靠性优化设计探析论文
4.1冗余设计
因为提供服务的设备或者终端设备的组成非常复杂，接入的方式也多样化，那么为了保证这些服务设备和终端设备能够稳定、高效、安全的运行，则必须在网络规划设计中要采取多种架构相结合的方式，从而确保信息传输过程中减少或者避免服务崩溃或者数据丢失等情况出现，确保服务稳定，终端畅通无阻。故而在设计中要考虑引进使用先进的管理经验和网络辅助软件，增强对网络中运行数据的监测、整理、规划，时效性严格的数据，发现问题，立即处理，确保系统正确稳定的运行。将淘汰下来的性能、稳定方面尚可的计算机或者网络设备，通过虚拟技术做成冗余部分，相互连接，形成一个冗余网络，与网络中心相连，另外将不同客户的服务器也组成不同的冗余网络，再与网络中心相连，从而形成多网络交织的大网络环境，这些冗余网络通过路由器进行物理连接，再通过路由策略设置，实现主、备线路模式或者多线路模式，进行信息传输，从而提高了信息传输稳定性和准确性，即使某一环节出现故障，备用线路或者其它线路也能即时提供信息传输的.通道，不影响数据的正常传输。
4.2容错设计
所谓容错，是指允许出现故障，而非允许出现错误。所以网络的容错性设计就是指允许网络出现故障。那么允许网络出现故障，那就必须要有备用的网络通道即时替换出现故障的通道。所以在规划设计中，在线路方面通过双线路或者多线路方式，在设备方面通过双机热备，分为一主一备或者一主多备的方式解决。容错性设计可以通过断开主线的设备或者线路，备用的设备或者线路是否即时启用来检测，那么主线与备线之间的跳转，使用的方式也是多方式的，可以用路由器，三层交换机来实现，也可以用相同型号的设备通过各自供应商提供的模块连接实现。那么，网络的容错性设计首先要根据功能需求来设计模型，比如是区域性的，还是全覆盖的，再通过设计模型与设计方案进行比较，同时要依据投入的经费等外部因素进行综合分析，从而确定最终适合的设计方案。容错设计要保证每一个容错区域出现故障，不会对其它区域造成影响，都能够正常的持续的运行。所以，为了减少故障的出现，在选择服务器或者网络设备的时候，要选择性能好，稳定性强的设备，再通过容错设计的方式，从而提高网络、服务系统的稳定性、可靠性。
4.3架构设计
网络架构优化设计，对保证网络的安全使用，起到至关重要的作用。网络技术不断进步发展的前提上，网络容量也在逐渐增加。对网络架构来讲，正向着多层次设计的方向进步发展。当中，接入层主要对象是用户，因此将访问控制和过滤作为主要措施。接入层作为第一道防线，对应的设计标准不高。核心层当做网络主干，需要保证数据能够快速交换、稳定运行，一旦核心层出现故障，整个的计算机网络将可能出现瘫痪。因此，为了更好的保证核心层设备能够稳定的将功能发挥出来，要在计算机网络设计当中利用高端网络设备。核心层设备与其他设备连接主要是依靠两条或者以上的链路。如果核心层中某个设备会出现异常的情况，那么可以给核心层设备增加一台设备进行备份，从而为核心层设备的可靠性带来保证。总而言之，网络技术的不断发展，人们对网络的依赖性也越来越强，网络使用的过程中出现的任何故障或者差错，都会造成或大或小的不便和影响。然而无论是网络技术水平最为发达的国家或者地区，也无法实现网络不出现故障，所以只有对网络进行优化，减少故障问题出现的几率，从而减少影响和损失。值得深思的是，网络可靠性设计优化当中，要对有关资源实现科学合理的分配，更加谨慎的使用新兴网络技术，是非常复杂、长期探索的一个过程。
参考文献
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篇11：网络可靠性优化设计探析论文
2.1安全第一原则
伴随着我国科学技术水平的不断进步和发展，网络是综合了大多数的高新先进技术之后产生的。网络几乎囊括了所有的软、硬件产品，如果存在安全问题，将直接威胁到网络的可靠性。因而，工作人员要关注利用高度安全性产品，同时采用更加合理科学的技术方案。
2.2良好的可扩展能力
随着网络的不断进步发展以及各种应用领域环境的出现，网络融合相通变成了发展的必然潮流。所以，网络的扩展性就成了网络设计中必不可少的部分，特别是网络对各种应用领域不同的通信协议的支持与相融。网络之间互连、相融的同时，必然会引发多种安全隐患，故而网络设计中，使用多种保护对策也是重中之重。利用多个保护层之间的互相补充，保证即便其中某一层出现损坏，其他各个保护层依然还可以确保信息可靠安全。
2.3在可持续发展的基础上进行
网络的可靠性优化设计需要遵循有关的设计原则，从而保证网络技术可以长久的被利用。所以，此原则的第一要务就是要坚持可持续发展的道路，要进行优化的过程中尽量的节约资源使用开发，要最大程度上使用现存的资源，对软硬件有关设备进行了科学合理的二次应用，防止出现不必要的损失和浪费。
3影响网络可靠性的重要因素
3.1用户设备
网络相互连通的能力保证其支持多种协议一同存在。为了保证可以在多种协议的环境下工作，要对数据安全和用户服务器工作进行强化，确保多个协议当中工作可以确保客户数据安全，确保用户服务终端的正常运行。正常情况之下，网络可靠性的确保，来源于容错技术和冗余设计，主要是因为用户终端和用户设备之间直接联系，所以有效确保网络的可靠性。平常生活当中维护网络工作，要保证可靠的客户端以及选用高效的联络媒介，采用辅助管理的软件，传输交互高效的设备。只有提高了终端的交互能力，才能提高网络的可靠性水平。
3.2网络管理
网络设备的地域性十分复杂，然而随着虚拟技术的出现，以及被广泛应用的形势下，使得网络也具备了虚拟性的特征，导致了不受地域限制。网络如同人体经脉一样，错综复杂，但却是一个完整系统，对于以往网络维护，主要依靠人工操作，地域性的问题造成了管理困难，任何细枝末节的失误都有可能导致整个网络的瘫痪，而且网络维护的成本也很巨大。所以引入先进技术以及辅助管理软件，对网络的可靠性具有重大影响。
3.3网络规划
通过网络运行管理的实际情况可以知道，网络系统在进行设计、实施、运行的过程中，一旦技术工作人员不能对网络设备的布线系统和其故障进行准确分析、判断，将直接造成整个网络系统出现崩溃，严重的损坏系统设备，更有甚者直接影响到数据信息的正常交换或者数据信息的丢失。所以，网络系统交互设计和可靠性设计流程中，科学合理的选择网络布线以及通信线路系统，尤其是需要综合全面考虑网络的容错和冗余的设计。这个过程中技术工作人员需要利用双向布线的设计优化方法将网络系统在不同的两条运行线路中进行有效的切换，所以一旦网络系统的一条运行系统线路出现安全故障的时候，另外一条系统线路依然可以进行安全运行。
3.4网络拓扑
大量研究事实表示，在不同的应用领域，不同的网络规模，采用的拓扑结构也不尽相同。传统是用直线取值以及连通度来度量网络的有效性与容错性，如今是利用图形来描述。随着时代的发展，出现了标准、参数、规则，来进行评测、度量等的概念，对于网络也形成了连通度、容错直径、边连通度等的参数概念。对于这些参数的了解程度，对网络设计的优化至关重要，也直接影响到网络的可靠性，和网络规划设计的可执行性。
3.5网络终端设备
一般大家所说的用户客户端就是网络终端技术设备，之所以用户利用网络能够实现数据资源的传输，从一定程度上是因为它利用网络安全管理系统能够对网络环境的多样化数据信息资源进行获得，保证资源可以在不同运行设备当中实现广泛运行传输。所以，当用户终端接受信息资源不断增多的情况下，网络系统构架以及科学安全性的流程就受到非常大的威胁，因而在这个运行环境之下，用户要十分关注网络的安全可靠性，同时造成网络系统安全维护变成总体网络可靠性优化设计流程中极为关键的内容。所以，优化网络设备以及用户系统的同时，用户要选择性能良好的终端系统，利用更加先进的网络管理系统保证终端系统获得更好的维护。
篇12：基于有限元方法的液压强度试验设备虚拟试验研究
基于有限元方法的液压强度试验设备虚拟试验研究
针对液压强度试验设备,以Pro/E和ANSYS软件为工具,建立了与物理试验等效的有限元力学模型;以该设备的设计为基础,提出了协调刚度的`设计方法,并基于简化的有限元模型,找到显著影响其刚度的因素,从而制定了结构改进方案,有效地提高了计算效率;并通过该设备有限元模型计算出密封垫预压缩量,分析出该密封垫存在断裂危险,进而设计了密封系统改进方案,保证了试验设备的可靠性,为液压强度试验设备的设计提供重要的参考依据.
作 者：李义鹏 赵婷 倪江涛 作者单位：首都航天机械公司 刊 名：航天制造技术 英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(6) 分类号：V4 关键词：ANSYS 压力容器 有限元 协调刚度 密封篇13：灌溉管网优化设计方法研究论文
摘要:分别阐述了管网布置和管径优化问题的研究进展，分析了求解优化模型的各种算法，通过比较，认为遗传算法在优化应用中，能取得良好效果，预估遗传算法在管网与管径同步优化方面能得到应用。
关键词:灌溉管网优化;遗传算法;同步优化
随着社会经济的高速发展，水资源的需求量在不断增加。我国总用水量的60%以上用于农业灌溉。相比发达国家，我国灌溉水利用率较低，农业节水潜力巨大。农田灌溉主要通过管道和渠道输水，相比渠道，管道输水有以下优势，首先，管道输水避免了远距离输水过程中的蒸发和渗漏损失，提高了水利用效率，而且不会因为渗水导致土壤盐碱化而无法种植作物。其次，除了地面简单的给水设施外，大部分管道都铺设在地面以下，输水占地少，使得土地的利用效率明显提高，并且管灌对地形的要求低，可逆坡灌溉。第三，灌溉管道水流运动一般依靠外力作用，使用灵活，便于自动化管理，大大减少了灌溉管理人员的工作量，有利于田间管理。因此，管道灌溉是节水灌溉的趋势。在管道供水系统中，工程总造价的50%-80%用于管网，而且不同管网水力特性不同，能耗和运行管理费用不同，因此从满足水量和水压要求的各种可行方案中，寻求系统造价最低或年费用最小的设计方案，对节约投资有非常重要的意义。管网系统的优化研究主要是通过构造抽象或简化的设计模型，利用优化理论和技术合理选择有关参数。
篇14：灌溉管网优化设计方法研究论文
管网系统工程从规划设计到运行管理，各阶段相互影响，但是每一个阶段设计任务不同，采用的优化模型和算法不同，因此，目前在优化设计中仍然按照相对独立的阶段分别进行设计。
(1)管网布置优化:管网水力计算是建立在管网布置确定的基础上。
管网布置是否合理，最直接的影响就是管线长度，管线越长，造价越大。其次管网布置还需要综合考虑地形、施工的难易、管路运行可靠性等因素，而这些因素有时需要借助设计者的经验。国内外的学者对管网布置进行了深入研究。董文楚(1984)以造价最小为原则优化了树状输配水管网的布置，首先通过距离最短原则布置了给水栓，然后按1200夹角和经济流速对管网布置进行了逐级调整。朱振锁(1991)分析了自压喷灌管网各级管道单位面积造价与管网形状和面积的关系，并提出了优化布置的顺序。林性粹等人(1993)在低压树状管灌系统优化设计中，首先利用正交表进行了管网布置，然后据非线性数学规划法优化了管径，但得出的不是标准管径。魏永曜(1992)应用总长度最短法得出的最小生成树优化了管网布置，并对其进行了修正，之后以管网造价最小为目标优化了管径，提出了适应不同地形的数学规划法。王雪珍(1995)编制了输配水管网布置和绘图的程序。周荣敏等应用改进的遗传算法，以管网造价最小为目标，优化了树状管网的布置。
(2)管径优化:管径优化是建立在管网布置的基础上。
管径优化设计模型包括基于工程经验的非数学规划模型和基于数学技术的数学规划模型两大类。其中线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型都属于数学规划模型，应用较广。若约束条件或目标函数存在线性函数，称为线性规划模型，同理，若存在非线性函数，称为非线性规划模型。动态规划模型是一种求解多阶段决策过程的最优化方法。在管网系统中，管道和各种水力元件的水头损失等都是非线性的，因此，非线性规划模型能够比较真实精确地反应管网系统的实际状态。国内外很多学者建立了大量管网优化设计的非线性规划模型。魏永曜(1983)采用了经济管径而非经济流速来优化管径，首先确定了管段经济水头损失值，然后利用微分求极值确立相应管径，该法简单，但考虑因素较少，而且需对求解管径标准化，破坏了解的最有性。刘子沛(1986)以离散的标准管径作为优化变量，利用动态规划法优化了串联管网，由于该法建立在地形高差大等条件下，实用受限。杨健康(1990)建立的非线性规划模型是以管径为变量，优化目标为允许水头差的分配。陈渠昌、郑耀全等人()以一定的假定为基础，限定了地形和毛管出流量的范围，以支毛管压力差分配比例为变量，建了单位面积管网投资最小的平地田间管网优化设计模型，由于条件多，应用受限。翟国亮、董文楚()等以变径支管组合方式和组合比例系数为变量，年费用最小为优化目标建立了优化模型，计算步骤是首先计算经济组合比例参数，然后对多种组合方式进行了年投资计算，然后选择最优方案，由于计算繁杂，应用受限。张庆华、马庆斌等人()以管径为变量，管道系统年费用最小为优化目标，建立了管径无约束情况下的优化模型及其求解方法，该方法考虑的影响因素较少，很难推广。王新坤、林性粹等人(2001)以田间管网投资最小为目标建立了优化模型，利用枚举法和动态规划法分两级对支管管径进行了求解，首先利用枚举法确定出了支管允许水头差，然后利用动态规划法得出了支管管径，由于田间面积较大时，不宜采用枚举法，实用受限。白丹在管网优化方面作了很多研究，例如利用线性规划法对管长和水泵扬程进行了优化。目前，随着计算机软硬件的高速发展，涌现了一些智能优化算法，诸如人工神经网络、模拟退火算法以及遗传算法等。周荣敏、林性粹等人()对压力树状管网进行了优化设计，首先以管路长度最短为目标，利用单亲遗传算法进行了优化布置，然后利用神经网络技术优化了管径和水泵扬程，该法在大规模的管网设计中具有明显的优越性。
2存在问题及展望
目前，管网优化算法理论方面的研究和革新较少，多数着眼于算法的改进和创新，各种方法都有自身的优缺点及适用性。单纯形法是求解线性规划模型的通用算法。线性规划模型约束条件多，未考虑非线性的费用项，影响了求解问题的规模和精度，这些不足都限制了线性规划模型的推广应用。适用于非线性规划模型的算法较多，如罚函数法、梯度法等，各种算法都有各自的适用性。另外，非线性规划模型的变量一般为连续变量，需要把优化结果调整为标准值，影响了解的最优性。动态规划模型在小型树状管网的优化设计中显示出了优越性，但随着管网形式的复杂化，动态规划模型对硬件的要求越来越高，运行时间也较长，有时无法得到最优解。另外，动态规划模型模型受人为主观因素影响大，没有构造模型的统一方法，因此，动态规划模型应用受限。模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，不易使搜索过程进入理想的搜索区域，寻优效率不高。人工神经网络算法需要具备扎实的计算机知识，算法的实现有硬件和软件两个方面，硬件实现最大的优点是处理速度快，但缺乏通用性和灵活性。软件实现的最主要问题是人工神经网络模型计算量特别大。遗传算法是一种可处理任何形式目标函数的全局寻优算法，寻优原理是模拟自然界的生物进化，即在选择、交叉，变异过程中不断优化，并始终以概率1接近最优解，虽然算法中各种参数的选择会影响寻优结果，但是算法的鲁棒性使得受参数影响较低。另外，Matlab遗传算法工具箱可以提供了大量函数，这些函数的应用简化了遗传算法计算机的`程序编辑，并且已经得到广泛的应用。大量的实例研究表明，应用遗传算法优化管网设计可节约6%-49%的管网费用，一般都能找到15%-25%的节约，且系统越复杂，投资越节省。周荣敏利用单亲遗传算法进行了树状管网的优化布置，在较短时间内获得了一批最优或近最优的最小生成树布置方案。但是对于实际问题而言，由于管网连接方式不同，各管段流量分配、水力分析的结果也不同，下面举一个简单的例子说明，如下图所示:两个简单树状管网节点连接方案图Figure1Twosimplespanningtreesforanetwork1点代表水源，分别向节点2，3，4供水，很明显，左图管线长度大于右图，但左图各节点离水源点近。若地势平坦，各节点高程一样，则最远点水压满足要求，其它都满足。在水源水压一定的条件下，为保证最远节点2点的水压要求，1-3，3-4管段须通过减小流速减少能量损失，这就需要增大1-3，3-4管的管径。管径增大，投资也就增大了。因此管线造价有可能更高。所以管线最短未必投资最少，管网布置和管径同步优化是非常有必要的。
3结语
随着节水灌溉在我国的广泛普及，管网优化越来越受到工程人员的重视，这一方面的的研究将日趋深入和完善。遗传算法在德国16个大领域、250多个小领域中得到广泛引用(1993)，在国内，遗传算法在管网优化中的应用非常有限。随着遗传算法研究和应用的不断深入和发展，可以预见，遗传算法在管网布置和管径同步优化方面能得到应用，从而使管网系统设计整体最优。
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篇15：优化设计方法的数值研究论文
优化设计方法的数值研究论文
1优化设计
以高压涡轮导叶为研究对象，对其轮毂进行非轴对称端壁优化设计，优化目标为在保证导叶入口质量流量尽量不变的前提下，使出口处的总压损失系数最小。对优化前后的高压涡轮导叶进行了全三维数值模拟，并对比分析了优化前后涡轮导叶出口处的气动性能，以探讨非轴对称端壁造型对高压渦轮导叶通道内流场的影响，以及在降低二次流损失上的能力。
1.1优化设计方法
优化过程中，采用端壁参数化造型、三维N-S方程流场求解与基于人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）的遗传算法（GeneticAlgorithms）相结合的方法，对高压涡轮导叶进行非轴对称端壁造型设计。如图1所示。首先，对端壁进行参数化并生成若干端壁曲面控制点，对控制点进行随机赋值，再进行三维流场计算，建立一个有限个样本的数据库。然后，对目标函数及其权重进行设定，并开始参数优化，人工神经网络根据对数据库的学习及对网络中联接权的不断训练，能够很好地预测出控制点与目标函数之间的函数关系。然后通过遗传算法可以找到上述函数关系的最优解（即最佳非轴对称端壁造型），如果不满足收敛条件，将对优化结果进行一次流场计算，生成一个新的样本添加到数据库中，然后再进行一次循环，随着循环的进行，数据库中的样本数越来越多，人工神经网络也能够更准确的预测出目标函数和控制点之间的函数关系，从而找到最优解。
1.2端壁参数化
选取任一叶片通道为造型区域，端壁造型的参数化就是针对该区域进行的。如图2所示，以叶片中弧线为基准，在叶片通道内沿周向选取5条等分的平行切割线，即在叶片通道内，相邻切割线之间的周向距离为通道宽度的25%。沿每条切割线均匀的设置了9个点，其中中间5个蓝色点是可控制点，两端的红色点是为确保通道出入口处的.光滑过渡（及叶片前后缘处端壁和角度连续）而设置的固定点。因此，控制点共有20个。图3给出了端壁型线沿轴向构造示意图，即数值优化过程中通过Bezier曲线生成端壁切割线的原理示意图。每个控制点沿叶高的变化范围为-9～9mm，即占叶高的15%。最后，参数化后的非轴对称端壁是通过这组切割线生成的放样曲面，如图4。
1.3目标函数的设定
在本文的优化设计中，目标函数应满足在保证优化前后高压涡轮导叶的进口质量流量尽量不变的前提下，涡轮导叶出口总压损失系数最小化。目标函数具体定义如下式中下标m和Cpt分别是导叶进口质量流量和出口总压损失系数，w为相应参数的权重因子，Qobj为相应参数的目标值，Q为相应参数的计算值，Qref为相应参数的参考值，一般取为目标值Qobj，若目标值Qobj=0时，参考值Qref取为1。因此，根据公式（1）可知，在目标函数OF中引入权重因子w将多目标优化问题转化为单目标优化问题，并且，通过调整各参数的权重因子w可以实现不同的优化目的，从而导致优化结果有不同的侧重点。本文在优化过程中更侧重于涡轮导叶出口处总压损失系数的最小化。表1给出了目标函数的具体设定，可见，导叶出口总压损失系数在目标函数中占的比例较大，达到75.12%。优化后的非轴对称端壁等高线图见图5。
2数值模拟
数值计算采用Spalart-Allmaras（S-A）湍流模型求解相对坐标系下的三维时均守恒型Reynold-AveragedNavier-Stokes（RANS）控制方程，空间离散格式为中心差分格式。高压涡轮导叶采用O4H网格结构，近壁面处进行了加密处理，最贴近壁面网格与壁面间距为5×10-6m，总网格节点数约为36万。边界条件为进口给定总压、总温，并设定轴向进气；出口给定静压；壁面给定无滑移边界条件。
3结果和分析
为了便于对比和分析，本文用AEW（AxisymmetricEndWall）代表优化前轴对称端壁，用NEW（Non-axisymmetricEndWall）代表优化后非轴对称端壁。
3.1入口质量流量
表2给出了优化前后高压涡轮导叶进口质量流量的加权平均值，对比AEW和NEW可知，由于优化过程中通过目标函数的设定对质量流量进行了人为的控制，NEW对进口质量流量的影响很小，约为0.08%。
3.2总压损失系数式中pt_inlet为涡轮导叶进口总压
pt为涡轮导叶当地总压；outlet和voutlet分别为涡轮导叶出口密度和出口速度。表3给出了优化前后高压涡轮导叶出口质量加权平均总压损失系数Cpt的计算结果，从表3中可以看出，NEW比AEW的总压损失系数Cpt降低了3.724%。图6对比了优化前后高压涡轮导叶出口周向质量加权平均的总压损失系数沿叶高的变化情况。根据图6可以看到，尽管NEW使涡轮导叶出口处的总压损失在近端壁附近有少量的增加（即约4%叶高以下），但在4%到16%叶高（Span）处总压损失下降最为明显，从16%叶高到叶顶的范围内，导叶出口处的总压损失在非轴对称端壁的作用下均有少量的减小。图7给出了AEW和NEW在涡轮导叶出口截面处总压损失系数Cpt的云图。从图中可以看出，通过图中的对比可以看出，NEW使得涡轮导叶出口截面的总压损失系数Cpt的分布发生了改变，特别是在近端壁区域，高损失区的面积显著减小，同时，导叶出口处的主流区和尾迹区的总压损失系数也有明显的下降，这主要是由于非轴对称端壁造型有效的抑制了通道涡的发展，降低了通道内的横向压力梯度，进而减弱了二次流的强度，因而降低了二次流损失。
3.3叶片表面静压的分布
图8给出了优化前后高压涡轮导叶在5%、50%和95%叶高处（即叶根、叶中和叶顶附近）的叶片表面静压分布。从图中可以看出，由于非轴对称端壁的影响，叶栅通道内的流场发生了改变，压力得以重新分布。由5%叶高处表面静压分布图可以看出，在压力面侧，从高压涡轮导叶前缘到70%轴向弦长（Cax）处，AEW和NEW的压差不大，但在70%轴向弦长往后，NEW的压力开始高于AEW；在吸力面侧，从叶片前缘到30%轴向弦长处AEW和NEW的压差不大，从30%到70%轴向弦长处，NEW相对于AEW而言，在吸力面压力有明显升高，而在压力面变化不大，这就有效的减小了吸、压力面的横向压差，有利于抑制通道涡的形成和发展，改善通道内的流场。在70%到90%轴向弦长处，与AEW相比，NEW在压力面侧压力升高，在吸力面侧压力降低，显著增大了吸压力面的横向压差，使叶片载荷的后加载情形更为明显，涡轮叶栅的载荷后置能够有效抑制通道涡的发展，有利于减小端壁处的二次流损失。压分布图可以看到，NEW对高压涡轮导叶表面静压在叶中和叶顶附近的分布没有明显影响，可见，高压涡轮导叶下端壁的非轴对称端壁造型对涡轮导叶上半叶高流场的影响不大。
3.4叶栅通道表面静压分布和流线图
图9和图10的极限流线图可以清晰地看到：在导叶前缘附近出现了马蹄涡的分离鞍点，以及由此引出的马蹄涡吸力面分支和压力面分支；随着导叶通道内气流的流动，马蹄涡吸力面分支和压力面分支开始向下游移动、发展；同时，由于导叶通道内横向压力梯度的影响，马蹄涡吸力面分支在绕过导叶前缘后与导叶吸力面在距导叶前缘30%左右轴向弦长处相交，并开始沿吸力面向上爬升，而马蹄涡压力面分支也在横向压力的作用下逐渐远离压力面，并向吸力面方向推移。对比图9（a）和图10（a）可以看出，相对于AEW，NEW吸力面低压区面积明显增加并且扩展到通道尾部。这使马蹄涡压力面分支与吸力面的交汇点向后推移，极限流线图也证明了这一点，由此可以看出NEW延迟了通道涡的形成和发展，减弱了通道涡的强度。对比图9（b）和图10（b）可以看出，AEW的马蹄涡吸力面分支在叶片前缘附近与吸力面交汇，而NEW的马蹄涡吸力面分支在靠近叶片中部附近与吸力面交汇。所以，NEW的马蹄涡吸力面分支与吸力面附面层的干扰被延后了，因此通道涡的强度将会减小，从而有利于减小通道内的二次流损失。将导叶尾缘附近的流场放大，见图9（c）和图10（c），马蹄涡压力面分支向导叶尾缘靠近时，马蹄涡压力面分支将逐渐地与导叶尾缘后的角涡相掺混，对比图9（c）和图10（c）可以看出，NEW削弱了马蹄涡压力面分支与导叶尾缘角涡的掺混，减小了角涡强度，从而减弱了涡轮导叶出口处的流动损失。
4结论
本文的分析结果进一步证实了非轴对称端壁造型是提高高压涡轮导叶气动性能的有效方法，是减小二次流流动损失的有效手段。
（1）本文发展的优化方法通过设定目标函数和控制自由变量，在进行非轴对称端壁造型的同时，可将高压涡轮导叶的参数控制在一定范围内。相比传统的非轴对称端壁造型方法，更加灵活、多样，更加接近实际应用。计算结果表明，与轴对称端壁相比，优化后的非轴对称端壁使涡轮导叶出口处的总压损失系数降低了3.724%。
（2）非轴对称端壁造型可以使叶根表面的静压分布更加合理，进而改善高压涡轮导叶的载荷分布，有利于抑制通道涡的生成和发展。非轴对称下端壁造型对高压涡轮导叶上半叶高流场的影响不大。
（3）非轴对称端壁造型可以改善高压涡轮导叶流场的流动结构。延迟并削弱马蹄涡同导叶吸力面附面层的相互掺混，削弱角涡的强度，进而削弱通道涡的强度，降低二次流损失。
篇16：机械工程的可靠性优化设计思考论文
【摘要】本文首先分析了当前我国机械工程可靠性优化设计的不足之处，即是机械工程可靠性优化设计人才储备不足以及企业对机械工程可靠性优化设计的不够重视。然后在此基础上，文本还深入探讨了如何做好机械工程可靠性优化设计的几个关键点，即是要做好设计环节中的可靠性优化设计;要加强机械工程制造工艺可靠性优化设计;做好使用与维修过程中的可靠性优化设计。要知道产品的生产和使用周期的各环节是离不开机械工程产品可靠性优化设计的，而相对来说比较有难度、重要的环节主要有设计、制造以及和使用环节。由此可见，加强机械工程设计、制造和使用环节的可靠性优化设计对于整个机械工程的重要性。
