关键词： 风电场   尾流效应   径向基函数   神经网络   偏航角优化   多种群遗传算法  

摘要： 大型风电场中存在的尾流干扰会降低风电场整体输出功率,因此需要对风电场建立等效模型,并通过优化尾流分布来提升风电场整体功率输出能力。在所提出的新型风电场偏航优化框架中,提出了一种利用参数监督学习和正则化技术改进的径向基函数神经网络算法,并建立了面向多自由度偏航控制的风电场功率转换智能等效模型。在该模型的基础上,定义了以风电机组偏航角为决策变量的场级最大输出功率优化问题,提出了一种改进的精英多种群遗传算法并进行优化求解,得到各机组偏航角优化值以减少机组间尾流干扰。利用实际风电场布局和风况数据进行了仿真测试。结果表明:所建立的风电场功率转换智能等效模型与其实际特性吻合良好,在特定风况下,偏航优化控制使得风电场总功率提升718.79 kW;连续风况下,所提优化控制方法在不同风况下均有明显的优化效果,风电场总功率平均提升1208 kW,验证了所提出的新型风电场偏航优化框架在提升风电场整体输出功率上的优越性。

关键词： 腰椎   脊椎滑脱   内固定器   计算机辅助设计   有限元分析   生物力学  

摘要： 目的设计改良椎板钩系统,并与传统椎板钩系统固定腰椎峡部裂的生物力学特性进行比较。方法收集2021年1月至2022年8月中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院门诊体检的20名男性健康青年军人腰骶椎薄层CT数据。受试者年龄20~30岁[(25.0±3.0)岁]。通过三维建模软件,建立L_(5)椎体三维模型,测量L_(5)双侧椎板中间区域厚度、纵向最长径、下缘弧度半径、上下面尾端之间的夹角、下缘厚度及下缘最长径,进而设计新型改良椎板钩。再选择1名上述受试者,利用三维虚拟软件建立L_(4)~S节段线性有限元模型(正常模型,A模型),并在此基础上构建L_(5)双侧峡部裂模型(B模型)、改良与传统椎板钩固定模型(C、D模型)。通过约束骶骨两边,于L_(4)椎体上施加400 N纵向载荷模拟身体上1/3重力及沿X、Y、Z 3个方向上10 N·m的弯矩模拟前屈、后伸、侧弯及旋转等状态,评估A模型L_(4/5)节段和L_(5)/S_(1)节段活动度,并与既往研究进行对比,验证A模型的有效性;比较A、B、C、D模型的整体活动度、L_(4/5)和L_(5)/S_(1)节段活动度、整体最大位移、峡部的最大位移与最大应力,C、D模型中内固定的应力分布和最大应力,以及C、D模型中椎体的应力分布和最大应力。结果(1)A模型L_(4/5)节段在前屈、后伸、侧弯、旋转时的活动度分别为5.01°、4.03°、3.91°、1.42°,L_(5)/S_(1)节段活动度分别为4.62°、2.51°、2.40°、1.23°。(2)A、C、D模型的整体活动度、L_(4/5)和L_(5)/S_(1)节段活动度、整体最大位移在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯及左旋转时结果相似,而B模型则明显增大。(3)A、C、D模型在不同运动状态下峡部的最大位移差异不明显,而B模型峡部的最大位移均明显高于A、C、D模型,尤其在旋转时更明显,较A、C、D模型分别增大295%、277%、276%。C模型峡部的最大应力分别为0.938 MPa、1.698 MPa、0.410 MPa、2.775 MPa、1.554 MPa,D模型峡部最大应力分别为0.590 MPa、1.297 MPa、0.520 MPa、3.088 MPa、2.072 MPa,C、D模型在轴向压缩、前屈时峡部最大应力相似,但C模型在后伸、侧弯、旋转时峡部应力均小于D模型,C模型较D模型分别减小21.1%、10.2%、25.0%。(4)C模型在前屈、后伸、左侧弯、左旋转时内固定最大应力分别为135.220 MPa、130.180 MPa、200.940 MPa、306.340 MPa,D模型分别为131.840 MPa、112.280 MPa、349.980 MPa、370.140 MPa,2种模型在前屈、后伸时内固定的最大应力变化相当,但在左侧弯及左侧旋转时C模型较D模型减小42.6%、17.2%。(5)C模型在前屈、后伸、左侧弯、左旋转时椎体的最大应力分别为79.787 MPa、36.857 MPa、37.943 MPa、96.965 MPa,D模型椎体的最大应力分别为80.104 MPa、64.236 MPa、196.010 MPa、193.020 MPa,且2种模型最大应力均分布在与内固定接触区域,尤其在后伸、左侧弯、左旋转时C模型较D模型分别减少42.6%、80.6%、49.8%。结论改良椎板钩更符合国人椎板解剖结构。与传统椎板钩系统相比,改良椎板钩系统能有效降低腰椎峡部裂在各方向的位移及活动度,使内固定及椎体的应力明显减小,具有更好的生物力学性能。

关键词： 单髁置换   膝骨关节炎   胫骨假体   立柱长度   有限元分析  

摘要： 背景:膝关节单髁置换手术能有效治疗膝关节单侧严重骨关节炎,临床上发现单髁置换后容易发生胫骨后侧骨皮质断裂,断裂始于胫骨截骨的龙骨槽处,胫骨假体立柱长度影响单髁置换后膝关节的生物力学结果。目的:探讨单髁置换中胫骨假体立柱长度对膝关节生物力学的影响,找出假体立柱长度与患者胫骨前后径的关系。方法:选取37岁无膝关节疾病史健康女性志愿者的计算机断层扫描图像数据和常用单髁假体,建立自然膝关节模型并建立单髁假体模型。建立8种不同长度的胫骨假体立柱,最小长度为31 mm,最大长度为34.5 mm,以0.5 mm递进,与医院常使用假体立柱长度33.2 mm进行对比。股骨组件和胫骨组件的材料是钴铬钼合金,胫骨衬垫材料是超高分子量聚乙烯。使用有限元分析软件在股骨上方加载1000 N观察膝关节的生物力学变化。结果与结论:①胫骨假体立柱长度为33 mm时胫骨应力最小,前交叉韧带应力最小,外侧半月板应力最小,股骨假体应力最小;余下各部件应力都较小;②受试者本身胫骨内侧平台前后径长度为53 mm,通过计算比例,胫骨假体立柱长度占胫骨前后径最佳比应为62%左右,如果低于此值可能会发生假体无菌性松动,如果高于此值,则胫骨前后端的骨皮质有发生断裂的可能性。

关键词： 有限元   齿轮   强度   轻量化  

摘要： 齿轮作为大型机械设备的关键承载部件,往往存在质量过大、局部结构不合理等问题。基于有限元方法建立齿轮的参数化模型,得出强度与模态的耦合分析结果。以齿轮腹板的关键尺寸为设计变量,以最小质量和最小应力峰值为优化目标,构建响应面函数并验证其误差精度。以等效刚度为约束条件,选取合理的搜索算法,得出齿轮的轻量化设计结果。优化结果表明,在最大应力不增大、等效刚度不降低的前提下,齿轮质量可降低22.6%,经济效益和社会效益显著。

关键词： 带式输送机   地脚螺栓   松动判定   有限元分析  

摘要： 运行工况载荷下带式输送机机头地脚螺栓结合面的局部滑动可能导致联接松动。依据VDI-2230标准建立地脚螺栓联接结合面局部相对滑动的判定准则,通过对带式输送机机头的受力分析获得机头对地脚螺栓锚固点的作用力,利用有限元模型进行工况载荷静力学计算,分析地脚螺栓力学特性,根据判定准则实现对地脚螺栓联接结合面局部相对滑动的预测。

关键词： 互联网   数控机床   结构设计   有限元分析   集成  

摘要： 在探讨数控机床机械结构设计及优化措施时,要认识到当前互联网的快速发展已经深刻影响了制造业,特别是在数控机床领域。制造业正向着个性化、定制化发展,这对其机械结构提出了更高的要求,更加灵活、可调节的设计方案才能迎合不同产品的生产需求。互联网技术的发展为数控机床的智能化、网络化提供了强大支撑,实现了数控机床的远程监控、远程诊断、远程维护等功能,大大提高了生产效率和设备利用率。对数据采集、分析,及对数控机床运行状态、工艺参数等方面的优化调整,提高了生产效率、降低能耗、延长设备寿命,同时,开放式的互联网平台获取到更多的数据、知识资源,加速了技术创新和成果转化。由此可见,互联网背景下数控机床机械结构设计及优化措施不仅推动了数控机床行业的发展,更推动了制造业转型升级,适应了新时代的产业需求。

关键词： 偏石油机械   疲劳寿命预测   结构优化   有限元分析   材料力学  

摘要： 本文以偏石油机械的实际应用为目标,对偏石油机械关键部件的疲劳寿命进行了预测和结构优化的研究。研究以有限元分析为基础,材料力学和结构优化为手段,得出了关键部件在不同工况下的受力状况及其应力分布变形情况。结合材料疲劳性能和疲劳损伤理论,对零部件的疲劳寿命进行了预测和评估,并且提出了相关的优化设计,有效地延长了石油机械关键部件的使用寿命,提高了产品可靠性和安全性。

关键词： 栓焊连接   有限元分析   设计方法  

摘要： 栓焊连接有两种常用设计方法:简化设计法和精确设计法。基于工程算例,对两种计算方法得出的栓焊连接节点进行ABAQUS建模分析,研究两种计算方法下连接节点的受力特征。

关键词： 甲醛   铁钼法   结构设计   有限元分析   新型列管式反应器  

摘要： 设计一种采用铁钼催化氧化法生产甲醛的新型列管式反应器整体结构,并通过有限元分析计算模型对管板强度进行校核。仿真结果证明,该结构在甲醛生产领域具有显著优势,可以为同类设备的设计工作提供参考。

关键词： 声学黑洞   弯曲波   平面波展开法   有限元分析   局部共振  

摘要： 声学黑洞(ABH)结构通过按照一定幂函数剪裁结构厚度,致使结构中弯曲波相速度的减小而实现能量聚集,为航空结构中振动能量操控提供新的思路。ABH阵列可以弥补单个ABH中低频弯曲波操控特性的不足,为了研究基于二维ABH的周期板结构的弯曲波操控特性,利用有限元方法研究无限周期ABH结构的能带结构和包含有限周期ABH的板结构声强矢量场特征,分析了含中心平台ABH与无中心平台ABH构成的周期结构中弯曲波传播特征的区别,结合有限元结果明确了平面波展开方法收敛性和适用条件。数值分析结果显示,含中心平台ABH易在低于全波长特征频率时获得表征局部共振的平直带,从ABH全波长特征频率附近开始,含中心平台ABH周期结构对弯曲波能量的定向操控特征区别于无中心平台ABH周期结构。最后研究ABH截面特征参数对弯曲波能带结构的影响规律,结果表明,内嵌式ABH截面的变化对半波长特征频率附近及低于该频率的弯曲波传播影响比较小,减小中心截断厚度、增大中心平台半径以及幂次大于2有助于形成连续且宽频的方向带隙。