船用大功率柴油機(jī)渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

內(nèi)容概要

本書是針對(duì)船舶動(dòng)力裝置渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究的一本專著，它是科技部863項(xiàng)目“航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪壽命與可靠性綜合設(shè)計(jì)及驗(yàn)證技術(shù)”、國防科工局科研項(xiàng)目以及型號(hào)項(xiàng)目研究成果的整理和匯集，是多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化理論研究和工程實(shí)踐相結(jié)合的成果，研究內(nèi)容涵蓋了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化理論體系的各個(gè)方面。
全書包括11章，內(nèi)容包括：渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化概述；渦輪增壓器幾何參數(shù)化造型設(shè)計(jì)；多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化解耦與重構(gòu)機(jī)制；多學(xué)科可行方法及并行優(yōu)化方法在渦輪增壓器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；效率與精度的權(quán)衡策略；多學(xué)科不確定性建模方法；多目標(biāo)優(yōu)化方法；多學(xué)科集成設(shè)計(jì)環(huán)境等。
本書可供高等院校葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化等專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生和教師使用，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言
第1章 渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化概述
 1.1 船用渦輪增壓器
 1.1.1
壓氣機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)形式
 1.1.2 渦輪的工作原理及結(jié)構(gòu)形式
 1.1.3 船用渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)
 1.2 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化理論體系
 1.2.1 解耦與重構(gòu)方法
 1.2.2 效率與精度權(quán)衡策略
 1.2.3 多目標(biāo)優(yōu)化方法
 1.2.4 多學(xué)科不確定性建模方法
 1.2.5 多學(xué)科集成設(shè)計(jì)環(huán)境
 1.2.6 數(shù)值仿真模型的校核
 1.3 本書的主要工作
 參考文獻(xiàn)
第2章 渦輪增壓器幾何參數(shù)化造型設(shè)計(jì)
 2.1 徑流式葉型中弧線設(shè)計(jì)方法
 2.1.1 子午面型線設(shè)計(jì)
 2.1.2 z-θ流面型線設(shè)計(jì)
 2.1.3 Bezier曲線
 2.1.4 徑流式葉型的生成
 2.2 徑流式葉型非均勻有理B樣條設(shè)計(jì)方法
 2.3 軸流式葉型設(shè)計(jì)
 2.3.1 平面葉柵型線設(shè)計(jì)理論
 2.3.2 五次多項(xiàng)式方法
 2.3.3 葉型造型實(shí)例
 2.4 葉身積疊成型
 2.5 渦輪增壓器核心部件造型設(shè)計(jì)
 2.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第3章 渦輪增壓器學(xué)科分析理論
 3.1 流場分析理論
 3.1.1 雷諾平均下的N-S方程
 3.1.2 湍流模型
 3.1.3 交界面的數(shù)值處理
 3.1.4 渦輪增壓器流場特性分析
 3.2 傳熱分析理論
 3.2.1 傳熱分析的基本理論
 3.2.2 對(duì)流換熱的數(shù)值計(jì)算方法
 3.2.3 渦輪增壓器對(duì)流換熱分析
 3.3 結(jié)構(gòu)分析理論
 3.3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本理論
 3.3.2
渦輪增壓器結(jié)構(gòu)相關(guān)學(xué)科分析
 3.4 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析方法
 3.4.1 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算方法
 3.4.2
轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)計(jì)算方法
 3.5 滑動(dòng)軸承動(dòng)力系數(shù)求解方法
 3.5.1 滑動(dòng)軸承的雷諾方程
 3.5.2 油膜剛度和阻尼系數(shù)
 3.5.3 油膜剛度和阻尼系數(shù)的計(jì)算
 3.5.4 算例分析
 3.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第4章 多學(xué)科解耦-重構(gòu)方法與耦合信息傳遞
 4.1 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化解耦與重構(gòu)方法
 4.1.1 耦合系統(tǒng)分析
 4.1.2 系統(tǒng)重構(gòu)方法
 4.2 參數(shù)空間插值傳遞方法
 4.2.1 參數(shù)空間插值方法
 4.2.2 插值函數(shù)
 4.2.3 算例
 4.3 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)
 4.3.1 網(wǎng)格重生成方法
 4.3.2 網(wǎng)格變形技術(shù)
 4.4 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第5章 渦輪增壓器多學(xué)科可行優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.1 多學(xué)科可行方法
 5.2 離心式壓氣機(jī)多學(xué)科可行優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.2.1 離心式壓氣機(jī)多學(xué)科分析
 5.2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.3 渦輪多學(xué)科可行優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.3.1 渦輪多學(xué)科分析
 5.3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.4 渦輪增壓器整機(jī)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
 5.5 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第6章 效率與精度的權(quán)衡策略
 6.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析
 6.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
 6.1.2 主次因素分析
 6.2 近似技術(shù)
 6.2.1 近似技術(shù)概述
 6.2.2
基于近似方法的離心壓氣機(jī)氣動(dòng)優(yōu)化
 6.2.3
基于近似方法的渦輪多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化
 6.3 變復(fù)雜度設(shè)計(jì)方法
 6.3.1 變復(fù)雜度設(shè)計(jì)方法概述
 6.3.2
離心式壓氣機(jī)耦合松弛多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
 6.4 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第7章 多學(xué)科并行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
 7.1 協(xié)同優(yōu)化方法
 7.2 并行子空間優(yōu)化方法
 7.3 并行優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用
 7.3.1 協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)
 7.3.2 并行子空間優(yōu)化設(shè)計(jì)
 7.4 基于近似模型的協(xié)同優(yōu)化方法
 7.5 優(yōu)化方法的比較
 7.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第8章 多目標(biāo)優(yōu)化方法
 8.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題的特點(diǎn)
 8.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述
 8.1.2 Pareto解集的定義
 8.2 基于偏好的多目標(biāo)優(yōu)化方法
 8.2.1 線性加權(quán)法
 8.2.2 改進(jìn)的線性加權(quán)法
 8.2.3 極大-極小法
 8.2.4 理想點(diǎn)法
 8.2.5 ε-約束法
 8.3 非偏好的多目標(biāo)優(yōu)化方法
 8.3.1 多目標(biāo)遺傳算法
 8.3.2 多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法
 8.4 基于多目標(biāo)遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)
 8.4.1 多目標(biāo)優(yōu)化算例
 8.4.2
基于多目標(biāo)遺傳算法的壓氣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)
 8.5 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第9章 多學(xué)科不確定性建模及優(yōu)化設(shè)計(jì)
 9.1 可靠性分析理論
 9.1.1 可靠性分析基本概念
 9.1.2 可靠性分析方法
 9.2 增壓器渦輪不確定性分析
 9.3 基于可靠性的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化
 9.3.1 基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
 9.3.2
基于可靠性的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
 9.3.3
基于近似技術(shù)的多學(xué)科綜合可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)
 9.4 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第10章 多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化環(huán)境
 10.1 多學(xué)科集成設(shè)計(jì)環(huán)境的功能分析
 10.1.1 多個(gè)學(xué)科的集成環(huán)境
 10.1.2
變量設(shè)定、數(shù)據(jù)管理、歷程可視化
 10.1.3 優(yōu)化算法庫
 10.1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、近似技術(shù)
 10.1.5 質(zhì)量工程
 10.2 軟件框架及介紹
 10.2.1 軟件總體框架
 10.2.2 軟件介紹
 10.3 算例分析
 10.3.1 算例1:工字梁減重優(yōu)化
 10.3.2
算例2:增壓器渦輪多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化
 10.4 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第11章 數(shù)值仿真模型的校核
 11.1 建模與仿真的VV&A技術(shù)
 11.1.1
建模與仿真的VV&A技術(shù)
 11.1.2
復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)值仿真VV&A的解決思路
 11.2 基于優(yōu)化方法的模型校核
 11.3 方法驗(yàn)證和結(jié)果分析
 11.4 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：第1章渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化概述增壓技術(shù)由于在節(jié)能，提高內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，降低廢氣排放和噪聲等方面具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)而被眾多內(nèi)燃機(jī)所采用。采用廢氣渦輪增壓已經(jīng)成為提高船用柴油機(jī)功率、減小單位馬力體積和降低單位馬力重量的最有效措施之一。伴隨著產(chǎn)業(yè)的升級(jí)以及船用大功率柴油機(jī)的使用，船用渦輪增壓器正向超高增壓、高效率、大流量、高可靠性、長壽命、低噪聲、制造簡單、高生產(chǎn)率、低成本的趨勢發(fā)展。渦輪增壓器構(gòu)造復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，是故障的多發(fā)部件，主要由壓氣機(jī)、渦輪和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組成，其設(shè)計(jì)涉及氣動(dòng)、傳熱、結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲等學(xué)科領(lǐng)域，部件問、學(xué)科間耦合、相互影響強(qiáng)烈，因此渦輪增壓器的設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的多學(xué)科綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。對(duì)于大功率船用柴油機(jī)渦輪增壓器這種多場耦合、可靠性要求高的產(chǎn)品，以往依靠串行設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，將增壓器割裂成幾個(gè)部件和學(xué)科，以部件和學(xué)科為單位展開確定性設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，沒有考慮部件、學(xué)科間的耦合影響，以及在產(chǎn)品加工過程和實(shí)際工況中存在的不確定性因素，一旦設(shè)計(jì)不能滿足所有部件和學(xué)科要求，重復(fù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證將耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本。隨著對(duì)性能、經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求的不斷提高，需要尋求一種能集相關(guān)學(xué)科于一體，綜合考慮部件、學(xué)科之間的耦合影響，提高產(chǎn)品綜合性能和可靠性的技術(shù)。在這方面，目前出現(xiàn)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（multidisciplinary design optimization，MDO）技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化是近幾十年來發(fā)展起來用于解決設(shè)計(jì)中多個(gè)學(xué)科耦合問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，集成各種相關(guān)學(xué)科的資源，充分探索理解各學(xué)科（子系統(tǒng)）的相互作用，以一定的優(yōu)化算法搜索系統(tǒng)整體最佳方案，從而極大地提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此研究多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法并應(yīng)用在渦輪增壓器等相關(guān)產(chǎn)品上，可以有效提升復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，縮小與國際水平的差距。

編輯推薦

《船用大功率柴油機(jī)渦輪增壓器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化》是由科學(xué)出版社出版的。

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