基于人工智能算法和CFD仿真的滑動(dòng)軸承優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、人類最早發(fā)明的軸承是滑動(dòng)軸承，它具有形狀簡(jiǎn)單、生產(chǎn)廉價(jià)、壽命長(zhǎng)和容易使用等優(yōu)點(diǎn)。如今，滑動(dòng)軸承種類豐富，依然廣泛應(yīng)用在中小型臥式水電機(jī)組、中高檔汽車增壓器、內(nèi)燃機(jī)曲軸、艦船螺旋槳、甚至低溫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵中。面向不同的工況和要求，滑動(dòng)軸承形狀變得日益復(fù)雜，涉及的材料也延伸到合金和非金屬材料等，制造過程通常還需要特殊的工具和技術(shù)等。在環(huán)境、能源和材料消耗問題日益突出的大背景下，滑動(dòng)軸承技術(shù)發(fā)展需要同時(shí)兼顧性能可靠、易于維護(hù)、減少潤(rùn)滑劑用量

2、、降低能源消耗、最大限度發(fā)揮材料和制造技術(shù)的潛在能力。
　　滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)分析一直是工業(yè)摩擦學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，理論上已經(jīng)基本建立了軸承性能與使用工況之間的數(shù)值計(jì)算關(guān)系，形成了可行的設(shè)計(jì)分析方法，如有限差分法、有限元法和計(jì)算流體力學(xué)方法，但是這些方法在工業(yè)界應(yīng)用依然存在收斂問題和準(zhǔn)確性判斷問題，而且，隨著工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)滑動(dòng)軸承的復(fù)雜計(jì)算精度要求越來越高，這些問題會(huì)更加突出。本文主要利用現(xiàn)代數(shù)值方法和計(jì)算技術(shù)來快速設(shè)計(jì)和優(yōu)化流體

3、動(dòng)力潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程規(guī)范快速可靠，特別是在充分發(fā)揮潤(rùn)滑劑、制造能力和材料性能潛力的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有軸承產(chǎn)品進(jìn)行系列化優(yōu)化和改進(jìn)過程中，建立高效快速可靠的計(jì)算方法和流程，依然具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　論文首先用有限差分法來求解流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的性能，建立了一種新的簡(jiǎn)化的對(duì)角矩陣方法來求解非線性方程，獲得了軸承性能參數(shù)的邊界可行域；然后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和人工蜂群算法，建立了軸承潤(rùn)滑劑流量、功率消耗的多目

4、標(biāo)優(yōu)化模型，利用此模型，在不更改潤(rùn)滑劑流變參數(shù)的前提下，以材料極限性能、制造表面粗糙度和最大溫升為控制變量，獲得了優(yōu)化的軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)，有效降低了軸承流量和功率消耗；接下來利用計(jì)算流體力學(xué)軟件，對(duì)經(jīng)過優(yōu)化的徑向滑動(dòng)軸承，建立了包含軸承尺寸參數(shù)和潤(rùn)滑劑進(jìn)口幾何結(jié)構(gòu)的仿真分析模型，獲得了進(jìn)油口數(shù)目、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸參數(shù)與軸承內(nèi)部溫升、潤(rùn)滑劑空化、貧油和入口處潤(rùn)滑劑逆向流動(dòng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為進(jìn)一步優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)和參數(shù)提供了依據(jù)。
　　為驗(yàn)證仿

5、真分析和優(yōu)化結(jié)果，設(shè)計(jì)制造了滑動(dòng)軸承性能的試驗(yàn)測(cè)試裝置，通過試驗(yàn)收集了大量關(guān)于軸承工作溫度和轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)，理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合良好，并用于仿真結(jié)果對(duì)比和校正仿真分析模型。最后結(jié)合真實(shí)滑動(dòng)軸承案例進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化分析，再次驗(yàn)證了這些方法和模型能夠較大幅度降低軸承功率消耗、潤(rùn)滑劑流量消耗和軸承溫升，闡述并給出了清晰的優(yōu)化流程，將極大地方便滑動(dòng)軸承工業(yè)領(lǐng)域的快速設(shè)計(jì)、優(yōu)化和應(yīng)用。
　　雖然現(xiàn)有獨(dú)立的軸承性能優(yōu)化函數(shù)模型在理論上是可行