为提高弹支轴承外圈刚度设计的准确性,通过ANSYS Workbench对3种不同结构参数的外圈静刚度进行仿真分析,得到不同载荷作用下外圈最大变形量。采用最小二乘法分析载荷与变形量的线性关系,确定外圈刚度值,得到符合实际刚度需求的外圈有限元模型并进行响应面优化分析。以刚度值为优化目标,以外圈弹支梁宽度、长度和数量为设计变量,通过响应面优化对弹支轴承外圈进行分析,从而得到最优的设计参数。为确保优化结果的准确性,将最优模型重新进行有限元分析以及实验验证。将最优解的设计方案与初始设计方案对比,结果表明在满足设计变量约束范围的前提下,最优设计解的刚度优化结果与目标误差值小于1%。由此可见,采用响应面优化提高了加工效率,缩短了设计周期,进一步提高了支承刚度的准确性。

调节阀流场空化现象会产生空化振动和噪声等不良影响。优化阀内件的结构,抑制流场空化是设计高端调节阀的重要环节。为了实现调节阀内流场的逐级降压,减小空化现象的产生,设计了一种多级降压调节阀的外层套筒和笼式阀座。采用Fluent软件对阀内流场的流动特性进行数值模拟,得到流场压力、流量和气体体积分数的分布规律。采用循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了数值模拟的可靠性。通过Box-Behnken响应面优化方法探讨外层套筒和笼式阀座节流孔孔径、孔数及其交互作用对流场空化的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响调节阀流量特性的条件下,70%开度时,优化阀内件参数后,最大气体体积分数从0.88下降到0.19,有效地抑制调节阀内流场空化现象。

金属硬密封三偏心蝶阀在关闭状态下的密封比压决定着该阀的密封性能和工作寿命,优化金属硬密封部件的结构参数十分重要。以DN600三偏心蝶阀为研究对象,利用有限元分析法,分析密封面上密封比压分布规律。提出利用密封配合面周向间隙指标判断蝶阀的密封性能,利用Box-Behnken响应面优化方法对密封构件的结构进行优化,分析复合阀板座大、小径端切割厚度、复合阀板座直径及其交互作用对密封面最大密封比压的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响蝶阀密封的前提下,优化复合阀板座参数后,密封面最大密封比压从202.96 MPa下降到128.44 MPa。对优化后蝶阀进行封闭打压密封实验,验证了其密封性能的可靠性。

针对某一炼钢厂250t转炉水平悬挂装置的失效问题,分析得知由向心关节轴承疲劳破损引起。以关节轴承为研究对象,通过静力学仿真以及疲劳寿命计算获得关节轴承在转炉倾转至90°的严峻工况下的静态疲劳特性。以关节轴承弹性模量、内圈边缘倒角r1a和r1b及工作温度为约束,最大等效应力、最小疲劳寿命为目标函数,结合响应面法并选用NSGA-ΙΙ遗传算法作为求解算法,计算结果表明关节轴承的最大等效应力降低了14.23%,最小疲劳寿命提高了28.27%。此优化结果为改进由特殊钢制成的关节轴承提供了理论依据,分析思路和研究方法为转炉悬挂装置的安全运行提供了可靠参考,大大降低由关节轴承失效带来的损失。

构建了带式输送机改向滚筒的有限元模型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件分析了改向滚筒的应力和变形情况。基于分析结果,利用Workbench中的Design Exploration优化模块对改向滚筒进行基于响应面的参数优化,优化后的改向滚筒在最大变形、最大应力和质量方面都有了一定的改善。

离心风机蜗壳的传统设计方法主要有五种:等环量法、阿基米德螺旋线方程法、平均速度法、结构方形法及不等距方形法。传统方法虽已技术成熟，但所设计的蜗壳却不能真实反映蜗壳内的实际流动状态，而蜗壳内流场的实际分布状态不仅影响蜗壳的流动效率，还会对风机叶轮产生不利的影响，进而影响风机整机的效率。因此风机蜗壳的优化设计对风机效率的提高有着重要的意义。响应面法由于高效、实用的特点，在优化设计领域受到越来越多的重视。在风机蜗壳的数值模拟中引入响应面法对蜗壳进行优化设计，计算结果表明，优化后风机静压提高5.3%，效率提高4.6%，叶轮流道内速度分布更加均匀，涡流区明显减少。

为改善蕾形密封的密封性能,考虑介质压力渗透效应,利用有限元分析软件ANSYS研究安装工况及介质压力作用下蕾形密封的密封特性,以及运动速度、摩擦因数、几何参数对动密封性能的影响。研究表明:介质压力作用时,蕾形密封密封面接触压力主要由支撑部承担,密封圈不会被挤入密封间隙,具有较好的抗磨损、抗挤出特性;动密封工况下,外行程比内行程产生的接触压力更大,外行程接触压力随摩擦因数增大而增大,内行程则相反,运动速度对动密封性能影响较小。根据几何参数对密封性能的影响对其进行响应面优化,在满足密封要求的前提下降低了活塞杆表面的最大等效应力,降低了活塞杆因表面疲劳磨损而发生密封失效的风险。

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。

为研究不同铣削参数下TC4钛合金铣削区域最高温度的变化,搭建TC4钛合金的铣削温度测试系统。使用红外热像仪实时采集刀具与工件接触区域的铣削温度,得到不同铣削参数下测温区域铣削温度的时间历程曲线;分析不同铣削参数下最高温度的变化特征。基于试验数据,在Design-Expert软件中进行以铣削参数为影响因素、以最高温度为响应值的响应面优化法试验,建立最高温度关于铣削参数的三元二次多项式回归模型。结果表明:随着铣削参数的增大,最高铣削温度总体呈上升趋势;所建立的铣削温度特征值回归模型是显著的,可以较好地预测最高铣削温度;通过对最高温度进行数值优化,可得到铣削温度特征值最低时的最佳铣削参数。

叶片式抛送装置抛送物料的过程中，作为主要工作部件的抛送叶轮的应力应变直接影响整个叶片式抛送装置的强度及寿命。以秸秆揉碎机抛送装置中的抛送叶轮为研究对象，基于ANSYS Workbench对影响叶轮强度特性的应力应变进行分析，并利用响应面法对其进行了优化设计。研究表明：叶片厚度对等效应力、总变形量及叶轮质量的影响最大，架板厚度次之，架板半径最小；优化后叶轮最大等效应力下降，总变形量减小，叶轮质量减小。该研究可为叶轮结优化设计和改善抛送装置工作性能提供参考。