准噶尔南缘深井机械比能分析与钻井参数优化

准噶尔盆地南缘深部地层具有埋藏深、岩石抗压强度高、可钻性差等特点,导致复杂情况多、钻井周期长,单井平均钻井周期335 d,深部地层平均机械钻速在2 m/h以下,提高机械钻速是南缘深部地层钻井的迫切需求和巨大挑战。针对南缘深部地层复杂条件,建立井口载荷与钻头载荷之间的关系,分析螺杆钻具输出特性,推导复合钻井机械比能模型。以HT1井五开ϕ190.5 mm井段实钻数据为基础,针对不同地层分析南缘深部地层机械比能与机械钻速之间的关系,优选钻井方式,确定合理的钻井参数范围。机械比能分析表明,连木沁组对转速不敏感,推荐采用常规钻井方式并适当增加钻压;胜金口组和呼图壁河组推荐采用复合钻井,适当提高钻压;清水河组和喀拉扎组扭冲提速效果不明显,建议尝试新型提速工具,考虑尝试高钻压、适当转速的参数组合。研究结果可为后续南缘深部地层提高钻速提供参考。     

基于能值理论的吉林省土地利用优化配置

在利用趋势预测法、灰色线性法和线性规划法预测2020年吉林省土地利用结构的基础上,采用能值理论及方法对吉林省不同土地利用结构下的能值投入产出、能值密度、人均能值使用量、能值投入/GDP、土地环境负载指数和可持续发展指数等指标进行测算并进行比较分析,建立综合评价模型对不同土地利用结构方案进行了综合评价.结果表明,2020年吉林省土地利用生态经济综合效益最优方案为线性规划法.     

基于破岩比能的刀盘滚刀优化布置设计

基于科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)推导的CSM受力模型,采用刀盘破岩比能最低原则,以径向不平衡力和倾覆力矩最小为目标,使用标准遗传算法(GA),优化中心刀、正刀和边缘滚刀的刀间距,以及正刀和边缘滚刀的极角.以TB880E刀盘为实例计算,结果表明:优化中心刀和正刀区域的刀间距后,比能减少1.53%,优化边缘滚刀区域的刀间倾角后,比能减少了1.10%;优化正刀和边缘滚刀的极角后,径向不平衡力减少到0.1265N,倾覆力矩减少到0.7591N·m,从而减小了刀盘的变形量.该研究可用于刀盘的布刀优化设计和对破岩过程能耗的预测,可降低TBM破岩能耗,改善TBM掘进能力.     

无线携能通信中基于时间反演的能量效率优化

针对无线携能通信(SWIPT)中的能量效率(EE)优化问题,考虑在满足一定通信服务质量和收集能量的条件下,通过一种基于时间反演(TR)的优化算法最大化系统的EE.首先,将TR引入SWIPT中构建新型的传输方案,并分析EE的闭合表达式.其次,对问题进行规划和分析,发现该优化问题是一个二元分式非凸规划问题,需要进行数学变换将其转化为凸优化问题.最后,通过Dinkelbach算法和CVX得到问题的解.仿真结果表明:解码噪声功率、最大发射功率及信噪比增大时,优化后的EE也会增大,且在满足约束条件时,基于TR的优化算法能够明显增大EE,提升系统性能.     

混凝土介质中无线电能传输系统的效率分析及优化

运用无线电能传输技术将室外能量收集系统的能量无线传输到室内能量消耗系统可以减少对建筑物结构的破坏,能够实现绿色建筑与光伏发电技术的有机融合。但是,作为电介质的混凝土材料会对发射线圈与接收线圈间的互感产生影响,使得输入阻抗发生改变并最终导致系统传输效率的下降。以电路理论为基础,分析了混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的影响,并且提出了基于阻抗匹配网络实现系统最优传输效率的优化策略。仿真结果表明,随着轴向距离的增加,混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的抑制作用逐渐减小,同时由于阻抗匹配网络的加入,系统的传输性能得到明显的改善。最后通过实验验证理论的正确性,实现了针对混凝土介质中无线电能传输系统效率的优化,减少了理论研究与工程应用之间的差距。     

基于遗传算法的掘进机外喷雾降尘效率最大的参数优化

 为了提高掘进机外喷雾降尘效率,降低煤矿掘进工作面生产时产生的大量粉尘,改善工作面工作环境及人体健康,提高掘进机截割头的使用寿命,抑制由于粉尘浓度达到一定程度后而发生粉尘爆炸情况造成的人身财产的重大损失;为了避免过多的雾滴落在截割机构上造成水的浪费,令喷雾截面圆与大端面圆近似相切,并保证喷雾覆盖区域相互重叠1/4、捕集区的喷雾截面积近似为环形、雾流形状在有效的作用区内为圆锥形以及喷雾捕集区的粉尘分布是均匀的,建立了掘进机外喷雾降尘效率的数学模型,选择喷雾压力、喷雾有效作用区的长度、喷雾扩散角度以及喷嘴的直径为设计参数,以掘进机外喷雾降尘效率最大为优化目标,建立了相应的约束条件,并且将优化模型进行了无约束化处理,采用遗传算法对影响掘进机外喷雾降尘效率的主要参数进行了优化。优化结果表明,喷雾压力增大了9.79%,喷雾作用区的长度降低了8%,雾化角度减小了11.15%,掘进机外喷雾的降尘效率增加了15.19%。该研究为工程实践提供了理论基础,为掘进机外喷雾系统结构参数的整体优化,使其整体功能达到最佳状态提供了依据,并且对于掘进机内喷雾系统的建模及优化方法提供了重要参考,具有一定的指导意义。     

基于系统效率的PHEV动力与控制参数优化

针对搭载无级变速器的单电机插电式混合动力汽车,提出了一种新的动力参数与控制参数设计方法.建立插电式混合动力汽车各工作模式的系统效率模型,得到基于系统效率的工作模式切换规律,并对模式切换曲线乘以控制参数以实现模式切换规律的调整.充分考虑燃油经济性的影响因素,以动力源功率、电池数目以及主减速器速比作为动力系统设计参数.利用Matlab/Simulink建立整车经济性仿真模型,构建"城市-城郊-高速-城郊-城市"综合行驶工况,以降低等效燃油消耗为目标,采用遗传算法对插电式混合动力汽车动力系统参数与模式切换规律控制参数进行综合优化.结果表明:采用本文所提出的方法能够优化出一组合理的动力与控制系统参数,使整车等效燃油消耗更低,比优化前的百公里等效油耗降低了7.2%.     

按应变能处理应力约束的连续体结构拓扑优化

 对每个单元都引入应变比能系数,通过追求对局部应力约束的高精度逼近,使独立·连续·映射（Independent Continuous and Mapping,ICM）方法中全局化应变比能约束的表达更为可靠,同时采取放松初始应变比能系数的手段加速优化迭代。利用结构最大Mises应力对许用应力比值的幂函数对全局化处理后的应变比能约束限进行修正,或者控制结构的最大应力,或者加速优化迭代。为了使拓扑构型向合理方向演变,每次迭代都对拓扑变量履行从连续到离散的反演,反演阈值自动计算。各算例均以较少的结构重分析次数,优化得到了类似理论最优解Michell桁架的拓扑图形,表明本文处理应力约束下结构拓扑优化问题的方法是合理和高效的。     

基于绝对节点坐标方法的压发装置建模与优化

研究压发装置的精确建模与产品性能优化问题. 基于绝对节点坐标方法的缩减板单元对压发装置电路板进行建模,通过实验确定电路板的材料参数及支撑弹簧与触发装置的非线性刚度特性,采用非线性力–位移关系建立了支撑弹簧与触发装置力学模型,搭建了压发装置结构的精确有限元模型;设计了压发装置加载实验系统,采用实验数据验证了上述有限元模型的正确性. 根据目标触发载荷范围,优化了压发装置中支撑弹簧的刚度及长度参数. 数值模拟直接指导了压发装置参数设计,并已成功应用于型号研制.      

基于虾螯结构的仿生薄壁管吸能特性分析及优化

为提高薄壁管结构的耐撞性和吸能性,基于雀尾螳螂虾螯结构,结合结构仿生学原理设计出具有仿生晶胞单元薄壁管,利用有限元法模拟了仿生薄壁管碰撞吸能特性,采用响应面法进行薄壁管结构优化.结果表明,仿生薄壁管的比吸能较普通薄壁管的分别提高了11.1%(轴向)和24.6%(径向),优化得到仿生薄壁管轴向和径向吸能特性最优的结构尺寸,比吸能分别为27.0 kJ/kg(轴向)和10.8 kJ/kg(径向),该薄壁管仿生设计和响应面优化方法为吸能元件的轻量化设计提供了新思路.     

基于设备的石化能效监测方法研究

根据国内石化行业生产过程中在能效监测上的现状,建立了能效监测体系架构,并根据该体系架构提出了基于设备的能效监测方法.利用该方法对石化行业中换热器、机泵设备建立了能效计算模型,并给出了每种设备在能效参数上的求解方法,通过对能源消耗的实时监测明确了能源消耗的去向,实现了能源的精细化管理,为后续能效评估打下了基础.     

基于盲数理论的最优化方法与程序实现

使用盲数表达优化设计中的不确定变量,结合常用的基于实数变量的优化算法,提出了基于盲数的优化方法.该方法从微观的角度分析和描述设计变量与优化参数之间的关系,给出优化问题的盲数解.盲数解不但给出了设计变量的取值,而且还给出了不同取值时优化对象处于最优状态的可靠性的评价.     

基于能量法的C2连续过渡曲面造型方法研究

在研究过渡曲面构造方法基础上,提出了一种基于能量法的C^2连续过渡曲面的造型方法,重点讨论了变形过渡曲面能量优化模型的建立、过渡曲面的边界约束及过渡曲面与原曲面间C^2连续约束的处理等问题．     

基于范数灰关联-动态功效系数法的机坪U型区空间效率评估

为了确定机坪U型区空间效率评估指标体系及其指标的重要程度,分别从机坪设计和机坪运行两个维度建立机坪U型区空间效率评估指标体系。基于此提出了基于范数灰关联-动态功效系数法的机坪U型区空间效率评估方法。并以10个国内大型运输机场航站楼对应的U型区机坪为例进行计算,得到了影响机坪U型区空间效率各指标的权重及各机场航站楼对应的U型区机坪的空间效率评分。提出在U型区设计时应着重考虑指廊边机位个数、U型区指廊纵深和U型区底边长度三个指标。结果表明,该方法能够较为科学的对机坪U型区空间效率影响因素进行综合分析,有效评判不同构型机坪U型区空间效率。     

Energy management strategy for hybrid electric vehicle based on system efficiency and battery life optimization

A novel method to calculate fuel-electric conversion factor for full hybrid electric vehicle（HEV）equipped with continuously variable transmission（CVT）is proposed.Based on consideration of the efficiency of pivotal components,electric motor,system efficiency optimization models are developed.According to the target of instantaneous optimization of system efficiency,operating ranges of each mode of power-train are determined,and the corresponding energy management strategies are established.The simulation results demonstrate that the energy management strategy proposed can substantially improve the vehicle fuel economy,and keep battery state of charge（SOC）change in a reasonable variation range.     

基于Barzilai-Borwein梯度法的多微电网系统递阶优化调度算法

针对由多个相互关联的微电网组成的多微电网系统,本文提出基于Barzilai-Borwein梯度法的多微电网系统递阶优化调度算法。该算法通过协调各子网多余或缺少的能量,并优化各子网发电设备以实现各微电网能量供需平衡,最小化多微电网系统整体运行成本。首先建立多微电网能量流动模型及其能量管理优化问题,进而综合预测控制的滚动优化思想和关联平衡原理,设计了多微电网系统的递阶优化调度算法。该算法将整体优化的复杂的高维整体优化问题分解为若干个相互独立的低维子问题,将原来集中的大规模计算分散到每个子系统中进行,降低对单个控制器的计算性能要求,并引入Barzilai-Borwein梯度法对子微电网之间协调,提升协调级迭代计算寻优过程的收敛速度,驱动各子网的独立优化解快速收敛至多微电网的整体优化解,以较低的计算量取得了良好的多微电网能量管理效果。最后通过数值仿真验证了本文所设计算法的有效性。     

集成综合评价法的终端区管制运行效率评估

终端区管制运行效率评估中指标信息间具有差异性且量纲不统一的特点.针对传统的主成分分析法对数据做标准化处理时会消除指标间差异性的不足,基于改进的主成分分析法并结合熵值法的客观性提出了一种终端区管制运行效率的集成综合评估模型.该模型运用均值化代替标准化处理指标数据,借助SPSS23软件分别得出改进的主成分分析法和熵值法评估排序结果.将两种评估结果通过一致性检验得到最终的终端区管制运行效率集成综合评估值及排序结果.算例结果表明,所建立的评估模型可以更高效的评估终端区管制运行效率.     

尾砂充填体力学参数混沌优化反分析研究

采场尾砂胶结充填体力学参数难以在实验室得到,有必要用反分析方法获取.采用有限元方法对不同充填体力学参数的变形结果进行计算,建立充填体力学参数与其变形结果的神经网络映射模型.用混沌优化与神经网络映射模型相结合,实现了充填体力学参数反演计算.对安庆铜矿高阶段充填体工程实例进行了分析,得出了不同配比尾砂胶结充填体力学参数.研究结果表明,混沌优化与神经网络相结合的反分析方法能实现全局寻优,具有较高的计算精度.图2,表3,参8.     

射流附壁振荡器能效分析与提升

通过分析、数值模拟和实验考察,揭示出射流附壁振荡器的能量损失大部分源于激励流的总压不足和持续性差.依靠主射流分流反馈激励的各种自激励方式皆无法达到较理想效果.提出并验证了从外调制引入与主射流同源的高总压气体作为激励流,是大幅提升附壁振荡器能效的有效方法.数值模拟和实验结果表明,新型外激励振荡器具有很高的能效指标,膨胀比为2的情况下,总压保持率K可达85%,尺寸参数和激励流量优化后可高达90%,远高于音波式自激励振荡器的75%和反馈式振荡器的65%的水平,且其振荡频率易控.