压缩机机组性能优化技术杨旭.pptx

压缩机机组性能优化技术Design Optimization of Positive-Displacement Compressor Units杨旭Email: yangzx@xjtu.edu.cn办公地点：东3楼甲3223 优化设计概论3.1 优化设计概述3.2 优化设计数学模型3.3 优化设计的数学基础3.1 优化设计概述——现代设计有目的创作行为造物活动的计划技术和计划过程创造性优化的过程技术型、经济性、社会性及艺术性的综合产物规划、分析和决策输出文字、数据、图形等技术文件制造业：从模仿到原创，拜托山寨，掌握核心技术3.1 优化设计概述——机械产品的设计流程3.1 优化设计概述——传统的设计方法人工试凑和定性分析虽有改进，不是最佳被动分析，不是主动设计，没有体现“设计”的精髓3.1 优化设计概述——传统的设计方法某冰箱压缩机公司的某款产品开发流程3.1 优化设计概述——传统的设计方法3.1 优化设计概述——传统的设计方法3.1 优化设计概述——传统的设计方法3.1 优化设计概述——传统的设计方法整个传统设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程。实践证明，按照传统方法得出的设计方案，可能有较大改进和提高的余地。在传统设计中也存在“选优”的思想，但不是最佳。在有限的几种合格设计方案中，按照一定的设计指标进行分析评价，选出较好的方案；受经验、计算方法和手段等条件的限制，得到的可能不是最佳设计方案。只是被动地分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。工程设计的基本特征在于它的约束性、多解性和相对性。一项设计常常在一定的技术与物质条件下，要求取得一个技术经济指标最优的方案，但在传统的设计中此最优方案往往是无法得到的。3.1 优化设计概述——最初的优化思想圆木制作矩形截面梁的尺寸选取宋 李诫 《营造法式》 高宽比3:2按照抗弯梁理论，最佳截面尺寸应使梁截面抗弯截面系数W最大，设梁的高h，宽b，则：问题比较简单，用古典的微分方法即可得到最优解。3.1 优化设计概述——最初的优化思想当问题复杂时3.1 优化设计概述——最初的优化思想当问题更复杂时3.1 优化设计概述——优化设计的实质优化设计的实质在一定限制(约束)条件下，寻求一组设计参数(变量)，使设计对象的某项或多项设计指标(目标)达到最优。最优化设计工作包括以下两部分内容1）将设计问题的物理模型转变为数学模型。选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式。2）采用适当的最优化方法，求解数学模型。在给定的条件下求目标函数的极值或最优值问题算法和计算机的重要性3.1 优化设计概述——发展历程在传统的机械设计中，虽然存在着“选优”的思想。1946年第一台计算机问世以后，机械设计才从传统的设计方法，走上了优化设计方法。优化设计是从20世纪60年代发展起来的，将最优化原理与计算机技术应用于设计领域的科学设计方法，已经在机械、宇航、电机、石油、化工、建筑、造船、轻工等各个行业得到广泛的应用，获得显著的技术与经济效益。我国从80年代进行优化设计研究。3.1 优化设计概述——发展历程波音787研制，采用有限元拓扑优化、尺寸优化和形状优化，相对于波音777翼肋质量减小25~45%。贝尔直升机，采用优化方法解决450个设计变量的大型结构优化问题。3.1 优化设计概述——发展历程我国20世纪90年代，神州飞船总体设计方案和返回技术方案我国高铁机体设计，多线路运行“压缩机性能提高及优化设计方法”，1988年国家科技进步二等奖 ，周子成、束鹏程、吴业正、邢子文、徐勇良、俞炳丰等等；3.1 优化设计概述——问题实例例1 设计一个体积为5m3的薄板包装箱，其中一边长度不小于4m。要求使薄板耗材最少，试确定包装箱的尺寸参数长a、宽b和高h。分析：包装箱的表面积s与它的长a、宽b和高h三维尺寸参数有关，故取与包装箱薄板耗材直接相关的表面积s作为设计目标。按照传统设计方法，首先固定包装箱一边长度a=4m。要满足包装箱体积为5m3的设计要求，则有以下多种设计方案：如果取包装箱一边的长度a=4m的某—个固定值，则包装箱的宽度b和高度h有许多种结果，再从上面的众多可行方案中选择出包装箱表面积最小的设计方案。3.1 优化设计概述——问题实例例2 如图所示，有一圆形等截面的销轴，一端固定在机架上，另一端作用着集中载荷F＝10kN和转矩T＝100N·m。已知销轴材料的许用弯曲应力为[s]＝120MPa，许用扭转剪应力[t]＝80MPa，允许挠度[f]=0.1mm，密度r＝7.8t/m3，弹性模量E＝2×105MPa。要求在满足使用条件和结构尺寸(轴长不得小于80mm)限制的前提下使其质量最小。分析：该销轴的力学模型是一个悬臂梁。它的质量计算公式为：合理选择d和L而使质量