優(yōu)化設(shè)計(jì)論文精選(九篇)

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第1篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

在噴泉方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有一條基本原則貫穿始終：結(jié)合城市的歷史文化背景、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、自然氣候條件，充分表現(xiàn)出噴泉景觀的獨(dú)特藝術(shù)魅力。噴泉景觀工程并不是獨(dú)立存在的，而是作為整體景觀的一部分出現(xiàn)在出現(xiàn)在大型廣場(chǎng)、公園、步行街、小區(qū)花園等場(chǎng)合。方案設(shè)計(jì)一定要依據(jù)建設(shè)方的整體要求，重點(diǎn)考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境因素、氣候因素、使用場(chǎng)合和方式因素，進(jìn)行整體的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出整套可行科學(xué)的實(shí)施方案，城市整體效果服務(wù)。因此要把準(zhǔn)備工作做精做細(xì)，主要有以下幾方面：

（1）方案主題結(jié)合當(dāng)?shù)氐奈幕厣Ｃ總€(gè)城市都有自己的人文背景和民俗特色，噴泉方案設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合當(dāng)?shù)孛袼滋攸c(diǎn)，挖掘當(dāng)?shù)貧v史背景，緊扣當(dāng)?shù)匚幕瘍?nèi)涵。結(jié)合音樂(lè)噴泉構(gòu)成元素，突出主題。首先，燈光配色方案要符合地方特色。如在內(nèi)蒙古地區(qū)要體現(xiàn)出草原文化，用主題色選擇綠色和藍(lán)色分別呼應(yīng)遼闊的草原和蔚藍(lán)的天空；在延安地區(qū)就要展示紅色文化，用紅色作為主題色。其次，在水型搭配方面突出文化主題。在新疆瑪納斯紅酒文化主題廣場(chǎng)的音樂(lè)噴泉設(shè)計(jì)時(shí)，為了體現(xiàn)紅酒主題，特別研制了紅酒杯噴頭，布成從內(nèi)到外5層紅酒塔，結(jié)合不用的燈光和角度照射，使其遠(yuǎn)看像一個(gè)裝滿美酒的木酒桶，近看像一個(gè)裝滿紅酒的紅酒杯。為當(dāng)?shù)刂黝}公園的一個(gè)標(biāo)志性水體，獲得了極大的成功。再次，用音樂(lè)來(lái)呼應(yīng)主題。噴泉是一個(gè)結(jié)合了視覺(jué)藝術(shù)和聽(tīng)覺(jué)藝術(shù)的綜合體，音樂(lè)也是有生命的，或低吟，或傾訴、或歡唱。當(dāng)音樂(lè)與水融合在了一起，共同表現(xiàn)出一個(gè)共同的主題。更容易抓住觀眾的眼睛，引起思想上的共鳴。

（2）了解噴泉景觀周?chē)沫h(huán)境特點(diǎn)，使噴泉景觀與周?chē)h(huán)境融為一體。噴泉坐落的不同位置，選擇水型、燈光搭配，音響配置都是不同的。在步行街、小區(qū)花園等場(chǎng)合，盡量選擇高度比較低，水落點(diǎn)可控的造型，例如水母、雪松、涌泉、蒲公英等等。有人水互動(dòng)要求的工程必須要充分考慮水的壓力因素，防止由于水壓過(guò)高和意外情況造成人身傷害危險(xiǎn)。那些建設(shè)在河流胡泊中的噴泉景觀，由于與觀眾的距離較遠(yuǎn)時(shí)，盡量選擇一些粗壯、高大水型樣式，體現(xiàn)水的力量和氣勢(shì)。例如百米高噴、擎天巨柱等。了解當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境因素。中國(guó)復(fù)原遼闊，環(huán)境差距特別大。北方多風(fēng)的地區(qū)多選擇一些抗風(fēng)性比較好的水柱造型，并適當(dāng)加粗出水口徑；而南方相對(duì)風(fēng)較小的地區(qū)多選擇一些水膜，水幕電影方面的水型；針對(duì)水位穩(wěn)定性比較好的地方可以選擇雪松或者涌泉水型；水位變動(dòng)大的地方選擇跌水或者波浪脈動(dòng)水型。

（3）根據(jù)景觀工程的總體要求，制定切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。不同類(lèi)型的噴泉對(duì)應(yīng)不同的功能性。是把噴泉做成一個(gè)點(diǎn)綴環(huán)境的噴泉小品，還是作為一臺(tái)綜合性的音樂(lè)噴泉演出盛宴；是全天候使用還是在主要用于夜間；在噴泉設(shè)計(jì)初期一定要有明確的意見(jiàn)。每一位噴泉設(shè)計(jì)師在收到設(shè)計(jì)任務(wù)后，都會(huì)根據(jù)景觀的總體風(fēng)格，結(jié)合考慮總體的投資額度，提出初步的方案，做出效果圖和演示動(dòng)畫(huà)，模擬噴泉施工完成后的具體情況，給建設(shè)方提供直觀的具體的印象，然后再酌情調(diào)整，最終定稿。噴泉工程實(shí)踐中有種說(shuō)法是“大投入大制作，小投入湊合做，不投入沒(méi)法做”，這就是說(shuō)對(duì)于噴泉工程的方案確定，一定要看菜做飯，切實(shí)可行。

（4）充分了解自身噴泉設(shè)備的特點(diǎn)。有句話叫“沒(méi)有金剛鉆，別攬瓷器活”，對(duì)本公司在噴泉工程設(shè)計(jì)施工中的優(yōu)勢(shì)和不足一定要有充分和客觀的認(rèn)識(shí)。在噴泉設(shè)備選擇，電氣管路設(shè)計(jì)安裝、水型選擇和搭配方面、控制系統(tǒng)確定方面一定要充分和本公司的專(zhuān)業(yè)人士充分論證，揚(yáng)長(zhǎng)避短。在遇到與建設(shè)方意見(jiàn)不一致的地方要做好解釋工作。不能拍腦門(mén)硬上，給后期工作埋下隱患。

2噴泉方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）效果圖和效果動(dòng)畫(huà)夸張成分太多，脫離的實(shí)際。建設(shè)方在景觀工程建設(shè)前的準(zhǔn)備階段，對(duì)噴泉效果期望值非常高，但是只停留在概念方面，并沒(méi)有太具體的形象。而銷(xiāo)售人員為了更好的取悅建設(shè)方，在效果圖和效果動(dòng)畫(huà)的方案制作方面過(guò)分的夸張，脫離了水和光的變化的物理規(guī)律，造成工程建設(shè)完成后無(wú)法重現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果，影響工程整體的進(jìn)度，也影響了公司信譽(yù)。

（2）片面追求方案匯報(bào)效果而放棄表演效果。在噴泉實(shí)踐當(dāng)中，我們經(jīng)常遇到的情況是投資預(yù)算上封頂不能動(dòng)，為了噴泉方案做的漂亮，就片面的增加水型組合數(shù)量，增加噴頭數(shù)量，增加配套設(shè)備，表面工作做的特別漂亮。但是為了保證正常的利潤(rùn)水平，在一些不突出的地方減低配置水平，增加利潤(rùn)點(diǎn)。比如把通過(guò)計(jì)算最合理的噴頭口徑為Φ20，可是這樣做的話明顯超出預(yù)算，于是就把口徑縮小到Φ15，進(jìn)一步能減少水泵的功率、電纜型號(hào)、控制設(shè)備規(guī)格。這樣盡管和諧了方案效果和預(yù)算投入問(wèn)題，但是卻嚴(yán)重影響了噴泉的藝術(shù)表現(xiàn)力。

（3）噴泉水型布局不合理，數(shù)量雖多但效果不突出。這個(gè)問(wèn)題在幾乎在每個(gè)噴泉工程中都有體現(xiàn)。我在噴泉效果編程經(jīng)常遇到一個(gè)困惱：表面用于表現(xiàn)藝術(shù)效果的設(shè)備很多，可是具體使用的時(shí)候又總不夠用。以河南南陽(yáng)音樂(lè)噴泉為例，圓形噴泉中心三米的園內(nèi)集中了飛碟，海鷗，高射三種造型，飛碟和海鷗都是搖擺的造型，占的空間比較大，高射水型對(duì)噴高的要求比較高。這三種水型兩兩干擾，同時(shí)打開(kāi)時(shí)形成一片水霧，什么都看不出來(lái)，更別提各自的藝術(shù)性了。在噴泉表演時(shí)，只能有各自獨(dú)立打開(kāi)3種組合效果，如果在方案設(shè)計(jì)時(shí)把這三個(gè)水型的位置合理安排就可能出現(xiàn)3種獨(dú)立組合效果+3種兩兩組合效果+加全開(kāi)效果共7種組合造型，極大的豐富了表演元素，提升藝術(shù)效果。

（4）主題特色不突出，缺乏與周?chē)h(huán)境的整體配合。在景觀總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)周?chē)h(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)合周?chē)坝^的特點(diǎn)、氛圍、環(huán)境和人文因素的相互關(guān)系，確立要營(yíng)造的氣氛，根據(jù)特點(diǎn)提煉景觀主題，進(jìn)一步確定主要的水型表演元素，次要元素和背景元素?？梢詮乃透叨取艄饬炼?、顏色襯托等多種手段來(lái)突出主角，弱化配角，讓整個(gè)噴泉看起來(lái)更加立體。

第2篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

1.1ICA尋優(yōu)的一般過(guò)程

與其他優(yōu)化算法類(lèi)似，ICA開(kāi)始于在搜索空間內(nèi)隨機(jī)生成的一定數(shù)目的初始解。每一個(gè)初始解都被稱(chēng)為一個(gè)國(guó)家，由優(yōu)化問(wèn)題目標(biāo)函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)這些國(guó)家的優(yōu)劣程度。其中一定數(shù)目的最優(yōu)秀的國(guó)家被視為帝國(guó)主義國(guó)家，其他國(guó)家被視為殖民地國(guó)家，并且被隨機(jī)分配給帝國(guó)主義國(guó)家,一個(gè)帝國(guó)主義國(guó)家及其下屬的殖民地國(guó)家組成一個(gè)帝國(guó)集團(tuán)。在分配殖民地國(guó)家給帝國(guó)主義國(guó)家時(shí)，每個(gè)帝國(guó)主義國(guó)家分配到的殖民地國(guó)家的數(shù)目與它的優(yōu)秀程度成正比。如果某殖民地國(guó)家向帝國(guó)主義國(guó)家移動(dòng)后，其新位置比帝國(guó)主義國(guó)家更優(yōu)秀，則需要互換該殖民地國(guó)家和帝國(guó)主義國(guó)家的位置。各個(gè)帝國(guó)集團(tuán)之間會(huì)以競(jìng)爭(zhēng)的形式爭(zhēng)奪殖民地國(guó)家，從而壯大自身的勢(shì)力。該過(guò)程如下：首先，計(jì)算每個(gè)帝國(guó)集團(tuán)的總勢(shì)力（該集團(tuán)中帝國(guó)主義國(guó)家的勢(shì)力與所有殖民地國(guó)家勢(shì)力的平均值的一部分之和），然后，當(dāng)前勢(shì)力最弱的帝國(guó)內(nèi)部的最弱的殖民地國(guó)家將被置為自由狀態(tài)；所有的帝國(guó)集團(tuán)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲取該自由殖民地國(guó)家。勢(shì)力越大的帝國(guó)集團(tuán)，成功率也越大。隨著競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程不斷進(jìn)行，勢(shì)力強(qiáng)的帝國(guó)集團(tuán)占有越來(lái)越多的殖民地國(guó)家，而勢(shì)力弱的帝國(guó)集團(tuán)逐漸失去其所有的殖民地。最終，失去所有殖民地國(guó)家的帝國(guó)集團(tuán)將被覆滅。當(dāng)算法迭代一定的次數(shù)之后，將只剩下一個(gè)帝國(guó)，該帝國(guó)中的帝國(guó)主義國(guó)家所代表的解即為算法找到的最優(yōu)解。

1.2約束處理辦法

ICA算法是針對(duì)無(wú)約束問(wèn)題設(shè)計(jì)的，用來(lái)優(yōu)化彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，必須對(duì)問(wèn)題中的約束條件進(jìn)行處理。在此，我們假設(shè)每個(gè)可行解都要優(yōu)于任何非可行解，人為賦予非可行解更大的目標(biāo)函數(shù)值,同時(shí)假設(shè)違背約束條件越多的國(guó)家，其代表的解也越劣。在算法迭代過(guò)程中，檢測(cè)每個(gè)國(guó)家與前述約束條件的符合程度。假設(shè)某個(gè)國(guó)家違背了N個(gè)約束，則將該國(guó)家的目標(biāo)函數(shù)值設(shè)定為N*Mnumber.這里，Mnumber為一個(gè)數(shù)值很大的數(shù)，在我們的實(shí)驗(yàn)中，取99999。

2、求解實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)本文提出的方法的可行性，并與其他方法進(jìn)行對(duì)比，我們選用了文獻(xiàn)中的算例進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算實(shí)驗(yàn)和分析。算法程序在MATLAB環(huán)境下運(yùn)行。初始國(guó)家數(shù)目設(shè)置為200，初始帝國(guó)數(shù)目設(shè)置為3，最大迭代次數(shù)設(shè)置為400次。對(duì)于片數(shù)為3和4兩種情況，分別進(jìn)行20次實(shí)驗(yàn)。由于文獻(xiàn)中并未提供[σ]1和[σ]2的值。鋼板彈簧片數(shù)取為3時(shí)，采用ICA算法得到的結(jié)果要優(yōu)于文獻(xiàn)中的結(jié)果，彈簧質(zhì)量減少了約2.4%，同時(shí)，兩種算法得到的應(yīng)力[σ]2大致相等，但I(xiàn)CA得到的應(yīng)力[σ]1降低了約23.2%；當(dāng)鋼板彈簧片數(shù)取為4時(shí)，文獻(xiàn)中給出的參數(shù)結(jié)果并不能滿足應(yīng)力[σ]2的約束要求，而本文的結(jié)果滿足許可應(yīng)力的要求。同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，原設(shè)計(jì)中彈簧質(zhì)量為40.9kg，本文得到的結(jié)果為35.3363kg，比原設(shè)計(jì)減少了13.6%。

3、結(jié)論

第3篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

本文中，發(fā)動(dòng)機(jī)罩原模型參考日產(chǎn)朗逸旗下某標(biāo)桿車(chē)整車(chē)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩模型，材料采用鋼材，依據(jù)GMW美國(guó)通用汽車(chē)行業(yè)A級(jí)車(chē)性能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，力學(xué)性能良好。將標(biāo)桿車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩模型的包絡(luò)線提取出來(lái)，創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)罩的初始模型后展開(kāi)內(nèi)罩板的優(yōu)化設(shè)計(jì)。初始模型上保留標(biāo)桿車(chē)的部分特征線，附屬的加強(qiáng)板及鎖鉤繼續(xù)沿用標(biāo)桿車(chē)模型。

2基于拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)中將以內(nèi)罩板作為優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)目標(biāo)是使模型符合力學(xué)性能要求，并通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)減輕模型的質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，將模擬發(fā)動(dòng)機(jī)罩常見(jiàn)的6種工況，每種工況均有對(duì)應(yīng)的約束和載荷設(shè)置。通過(guò)約束住模型的最大變形量來(lái)保證模型不超過(guò)指定的最大剛度值。最大變形量的位置以及約束上限值可參照GMW通用設(shè)計(jì)中的性能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，按照標(biāo)準(zhǔn)在指定位置添加約束以及相應(yīng)載荷。因拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)變量及優(yōu)化過(guò)程不同，為了讓模型在一次分析中接近結(jié)構(gòu)最優(yōu)解，將采用拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化相結(jié)合的分析方法，在基本參數(shù)設(shè)置中定義內(nèi)罩板上兩個(gè)設(shè)計(jì)變量，即拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)變量單元密度值、形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)變量形狀變量值。優(yōu)化過(guò)程中內(nèi)罩板上將同時(shí)進(jìn)行兩種優(yōu)化，計(jì)算出符合目標(biāo)的最優(yōu)化模型。其中形貌優(yōu)化關(guān)系到加強(qiáng)筋的分布，而加強(qiáng)筋本身具有不同的截面結(jié)構(gòu)，為了研究加強(qiáng)筋形狀對(duì)模型帶來(lái)的影響，在形貌優(yōu)化中需對(duì)加強(qiáng)筋截面做對(duì)比分析。參考其他車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩及汽車(chē)零部件上的加強(qiáng)筋截面形狀，形貌優(yōu)化中將對(duì)矩形、半圓形和梯形等3種截面進(jìn)行分析，對(duì)比其帶來(lái)的效果。根據(jù)內(nèi)罩板的尺寸及內(nèi)罩板與外罩板之間的間距，合理確定加強(qiáng)筋截面的具體尺寸參數(shù)，具體數(shù)值見(jiàn)圖4，其中截面的厚度預(yù)設(shè)為2mm。由于初始模型結(jié)構(gòu)尚未成型，優(yōu)化設(shè)計(jì)前無(wú)法確定其內(nèi)板和外板間粘膠的連接位置，為了保證優(yōu)化順利進(jìn)行，采用如下方法來(lái)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)罩初始模型：參照汽車(chē)制造業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)罩厚度的一般標(biāo)準(zhǔn)值，將外罩板的厚度預(yù)設(shè)為1．2mm，內(nèi)罩板作為一個(gè)片體暫不設(shè)厚度。將兩板之間的空腔內(nèi)填充鋁合金材料實(shí)體，此時(shí)內(nèi)罩板僅僅相當(dāng)于填充實(shí)體的一包絡(luò)面。優(yōu)化過(guò)程中以填充實(shí)體作為優(yōu)化對(duì)象，優(yōu)化結(jié)束后，發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的填充實(shí)體將作為內(nèi)罩板，原內(nèi)罩板則作為一個(gè)包絡(luò)面予以刪除。然后根據(jù)內(nèi)罩板結(jié)構(gòu)在合適位置添加粘膠與外罩板連接，并添加加強(qiáng)板及鎖鉤部件。最后在內(nèi)、外板邊界上生成翻邊后完成優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。

3模型力學(xué)性能調(diào)整

為了不影響其他剛度值，力學(xué)性能優(yōu)化調(diào)整的分析對(duì)象設(shè)定為從標(biāo)桿車(chē)上沿用的鎖鉤，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化來(lái)尋找合適的鎖鉤結(jié)構(gòu)，提高鎖鉤剛度。優(yōu)化設(shè)置時(shí)，以鎖鉤工況為優(yōu)化環(huán)境，變形量上限設(shè)置同樣參考GMW通用性能標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)鎖鉤進(jìn)行分析，尋找滿足鎖鉤剛度要求的結(jié)構(gòu)。.

4總結(jié)

第4篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

設(shè)計(jì)方法

壓氣機(jī)過(guò)渡段主要由兩部分組成，端壁（輪轂、機(jī)匣）與支板，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要集中在如何通過(guò)改變流道端壁形狀來(lái)達(dá)到端壁附面層、支板翼型損失的最小化。衡量其性能的主要參數(shù)為總壓恢復(fù)系數(shù)（或總壓損失系數(shù)）。葉輪機(jī)械傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是由一些嚴(yán)重影響性能的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)出發(fā)，參考實(shí)驗(yàn)或其他數(shù)據(jù)給出這些參數(shù)與設(shè)計(jì)要求的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果給出設(shè)計(jì)規(guī)律，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或CFD驗(yàn)算。而本文的設(shè)計(jì)思路則是借助優(yōu)化算法與氣動(dòng)評(píng)估方法的結(jié)合開(kāi)展對(duì)參數(shù)化后的過(guò)渡段的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

一般來(lái)說(shuō)，壓氣機(jī)部件設(shè)計(jì)大都采用三維優(yōu)化，但三維優(yōu)化需要給定優(yōu)化參數(shù)的初值以及變化范圍，變化范圍太大會(huì)造成巨大的計(jì)算量，變化范圍太小又不足以保證覆蓋最佳方案。為了解決以上矛盾，本文將在過(guò)渡段初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行全三維優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

初步設(shè)計(jì)：通過(guò)求解二維子午平面上的速度梯度方程結(jié)合遺傳算法對(duì)流道幾何進(jìn)行篩選，利用其計(jì)算快速的特點(diǎn)可以在參數(shù)化空間中進(jìn)行大范圍的搜索，得到最佳初步結(jié)果。三維設(shè)計(jì)：利用三維粘性N-S方程與優(yōu)化算法的結(jié)合對(duì)三維參數(shù)化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)，但精度較高，直接對(duì)需要優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。初步設(shè)計(jì)為三維設(shè)計(jì)提供優(yōu)化參數(shù)初值，以初值為基準(zhǔn)，給定優(yōu)化參數(shù)變化范圍（比如正負(fù)20%），然后在此范圍內(nèi)進(jìn)行三維粘性優(yōu)化，得到最優(yōu)解。

1參數(shù)化方法

過(guò)渡段參數(shù)化即是由自由參數(shù)確定過(guò)渡段幾何形狀的過(guò)程。參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)是用盡可能少的自由參數(shù)覆蓋盡可能大的樣本空間。圖3給出了本文的過(guò)渡段參數(shù)化方法。根據(jù)前人所取得的經(jīng)驗(yàn)，過(guò)渡段流道沿流動(dòng)方向面積分布對(duì)于控制流動(dòng)損失至關(guān)重要，所以本文流道參數(shù)化由流道中線+流通面積兩個(gè)要素來(lái)控制，流道中線由4點(diǎn)樣條曲線確定，它決定了氣流從低壓壓氣機(jī)到高壓壓氣機(jī)之間的流動(dòng)方向變化，流通面積則通過(guò)流道沿流向的高度(如D1，D2)來(lái)控制，D1,D2在幾何上已經(jīng)考慮了支板厚度對(duì)于流通面積的阻塞作用。支板部分采取兩截面構(gòu)造支板，積疊線為直線，通過(guò)定位點(diǎn)、斜率控制位置。

過(guò)渡段造型的步驟為：首先由進(jìn)口高度中點(diǎn)，出口高度中點(diǎn)，中線兩控制點(diǎn)總共4點(diǎn)，通過(guò)樣條曲線擬合為中線，并假設(shè)該中線即為流線，在兩控制點(diǎn)處根據(jù)給定的準(zhǔn)正交流動(dòng)方向面積（也可以根據(jù)需要增加面積控制截面）確定該處對(duì)應(yīng)的流道寬度D1,D2。流道寬度確定以后就可以沿著與中線垂直方向得到輪轂、機(jī)匣的兩個(gè)位置，最后結(jié)合這兩個(gè)位置以及進(jìn)出口幾何尺寸以樣條曲線擬合成輪轂機(jī)匣端壁，采用的樣條曲線為NURBS曲線，可方便地給定進(jìn)出口幾何參數(shù)。

2二維、三維計(jì)算評(píng)估方法

二維評(píng)估方法使用流線曲率法求解子午平面上的速度梯度方程來(lái)獲得流場(chǎng)的初步參數(shù)。所求解的速度梯度方程如下：式中MV為子午分速度，l為準(zhǔn)正交線長(zhǎng)度，α為流線切線與軸向夾角，γ為準(zhǔn)正交線與半徑方向夾角，mR為計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，r為節(jié)點(diǎn)半徑，ρ為密度，G為質(zhì)量流量，m為流線長(zhǎng)度，mM為子午馬赫數(shù)。為了考慮支板對(duì)于通道的阻塞作用，定義B為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的阻塞系數(shù)，表達(dá)式為B=(2πr−支板數(shù)×節(jié)點(diǎn)處支板厚度)/2πr，κ為阻塞系數(shù)的影響因子，代表阻塞作用反映在子午平面上的強(qiáng)弱。

二維計(jì)算還需給定相應(yīng)的損失模型，這里采用的是文獻(xiàn)中推導(dǎo)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的切應(yīng)力損失模型。計(jì)算中首先由給定的總壓損失初場(chǎng)求解速度梯度方程確定速度場(chǎng)，求出速度場(chǎng)后結(jié)合混合長(zhǎng)度理論求出切應(yīng)力τ，這里混合長(zhǎng)度作為常數(shù)，然后由式(2)確定沿流線的總壓損失，損失松弛后進(jìn)入下一次計(jì)算，如此迭代可求得收斂的速度場(chǎng)，最后按質(zhì)量平均計(jì)算出口的總壓損失。

需要說(shuō)明的是，以上方法只給出了端壁損失，并考慮了支板厚度對(duì)于端壁損失的影響，并沒(méi)有將支板損失部分考慮進(jìn)去。二維評(píng)估方法中計(jì)算結(jié)果難以同三維計(jì)算結(jié)果精度相提并論，但是可以肯定的是二維方法可以明顯將局部曲率過(guò)大的流道篩除，可以快速得到流向扭曲均勻、面積無(wú)多峰值變化的相對(duì)好的初步設(shè)計(jì)結(jié)果。

三維計(jì)算使用商業(yè)軟件NUMECA/FINE模塊，計(jì)算定常流動(dòng)下的帶支板過(guò)渡段總體性能，待優(yōu)化的參數(shù)為總壓恢復(fù)系數(shù)。三維計(jì)算網(wǎng)格數(shù)、計(jì)算精度已經(jīng)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，這里就不詳細(xì)列出。

3優(yōu)化算法

初步設(shè)計(jì)采用的優(yōu)化算法為單目標(biāo)遺傳算法，采用整數(shù)編碼，包含有雜交、變異、反轉(zhuǎn)算子。精英沉降策略。采用動(dòng)態(tài)生存壓力，算法初期給予較低的生存壓力，確保樣本多樣性與全域搜索能力，后期給予較高的生存壓力，可加快不良樣本的淘汰。如式(3)通過(guò)對(duì)樣本適應(yīng)值進(jìn)行變換，以達(dá)到加速進(jìn)化的目的，其中生存壓力為t三維設(shè)計(jì)使用遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的優(yōu)化策略，用DOE得到的樣本對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到參數(shù)-性能的映射關(guān)系，然后運(yùn)用遺傳算法從該映射關(guān)系中發(fā)掘新的優(yōu)良樣本并對(duì)映射關(guān)系進(jìn)行修正，如此迭代使最佳樣本性能逐步提高達(dá)到最優(yōu)解，如圖4所示。

算例分析

為了檢驗(yàn)上文所發(fā)展的設(shè)計(jì)方法，對(duì)一個(gè)算例進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。給定的幾何參數(shù)為R1h=0.6m，R1m=0.657m，H=0.11m，L=0.5m，R2m=0.394m，進(jìn)出口面積比Ainlet/Aoutlet=1.0。支板數(shù)8個(gè)，支板翼型采用NACA642-015A，支板弦長(zhǎng)0.3m,支板傾角90度。參數(shù)具體含義見(jiàn)圖3。為了比較初步結(jié)果與三維結(jié)果的差別大小，在該算例中對(duì)三維優(yōu)化參數(shù)賦予了較大的自由度，圖5給出了經(jīng)過(guò)參數(shù)化后的流道型線的變化范圍。二維計(jì)算中流線設(shè)定為21條，計(jì)算站為11個(gè)，如圖6所示。三維計(jì)算中，計(jì)算網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為64萬(wàn)，如圖7所示。湍流模型為S-A模型，邊界條件為進(jìn)口總壓321200pa,總溫400K，出口給定流量228Kg/s，近壁面Y+小于9，進(jìn)出口延伸長(zhǎng)度為通道高度的2.5倍。

優(yōu)化的最終結(jié)果為：過(guò)渡段總壓恢復(fù)系數(shù)0.993，總壓損失系數(shù)0.04。優(yōu)化之后的流道型線如圖8所示。圖8中還給出了二維優(yōu)化的型線和不考慮支板的阻塞的等面積流道型線?？梢钥闯?，由于考慮了支板對(duì)流通面積的阻塞，二維、三維優(yōu)化后的流道明顯外擴(kuò)，屬于擴(kuò)張-收縮型通道，并且初步設(shè)計(jì)結(jié)果同三維設(shè)計(jì)結(jié)果略有差異，說(shuō)明初步設(shè)計(jì)的結(jié)果在一定程度上逼近了三維設(shè)計(jì)的結(jié)果，說(shuō)明以后可以在三維優(yōu)化中給予參數(shù)適度狹小的變化范圍，提高設(shè)計(jì)優(yōu)化速度。

圖9中設(shè)計(jì)2為本算例三維優(yōu)化結(jié)果的面積沿流向分布，如圖可見(jiàn)，面積變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)中優(yōu)化后的的面積分布規(guī)律一致。當(dāng)然這一變化趨勢(shì)是在進(jìn)出口面積相等的條件下得出的。一般認(rèn)為，過(guò)渡段應(yīng)該處于順壓梯度，這樣的設(shè)計(jì)損失最小，不過(guò)考慮到支板的損失與氣流速度有關(guān)，速度越高損失越大，所以過(guò)渡段前半段快速擴(kuò)壓有助于減小支板區(qū)的總體流速，進(jìn)而減小由于支板造成的損失，但是這一擴(kuò)壓過(guò)程將造成端壁附面層的加厚，加重?fù)p失，所以存在最佳擴(kuò)壓度使總體損失最小。

前半段的面積擴(kuò)張也給后半段的面積收縮創(chuàng)造了可能。為了說(shuō)明面積變化規(guī)律對(duì)于流動(dòng)損失的影響，下面給出了本算例三維優(yōu)化結(jié)果（采用擴(kuò)張-收縮面積變化規(guī)律，如圖9中設(shè)計(jì)2）與采用收縮-擴(kuò)張面積變化規(guī)律的設(shè)計(jì)方案（下文簡(jiǎn)稱(chēng)設(shè)計(jì)1，僅與設(shè)計(jì)2對(duì)比，非本文設(shè)計(jì)結(jié)果）的一些流場(chǎng)對(duì)比。

如圖10所示為設(shè)計(jì)1(design1)與設(shè)計(jì)2(design2)的出口熵分布比較，可以看出相比設(shè)計(jì)1，設(shè)計(jì)2的高損失區(qū)域明顯減小，附面層的熵最大值減小，支板造成的損失區(qū)域、損失大小都減小。圖11給出了支板近壁面極限流線，可以看出設(shè)計(jì)1支板尾部接近輪轂區(qū)域出現(xiàn)了較強(qiáng)的二次流動(dòng)，而設(shè)計(jì)2沒(méi)有出現(xiàn)這種情況。

如前文提到的，在輪轂與支板后部交匯處存在著由于輪轂壁面凹曲率和支板翼型收縮造成的雙重?cái)U(kuò)壓作用，對(duì)于該處角區(qū)的低能氣流最容易發(fā)生分離，設(shè)計(jì)2之所以沒(méi)有出現(xiàn)分離，是因?yàn)榱魍娣e的收縮抑制了這一雙重?cái)U(kuò)壓作用，如圖12所示為50%支板高度流面的靜壓力分布，設(shè)計(jì)1沿流動(dòng)方向的壓力分布呈現(xiàn)高-低-高的變化，設(shè)計(jì)2則是低-高-低的變化，從支板中后部開(kāi)始呈現(xiàn)順壓力梯度。這一變化可以明顯減小支板損失部分，而對(duì)附面層發(fā)展部分影響不大。綜上所述，沿流動(dòng)方向擴(kuò)張-收縮型通道在減小流動(dòng)損失方面較為理想，在彌補(bǔ)了支板厚度帶來(lái)的面積阻塞之后仍然呈現(xiàn)擴(kuò)張-收縮型，說(shuō)明壓力沿流向低-高-低的變化方式才是最理想的。

結(jié)論

1)本文探討了壓氣機(jī)帶支板過(guò)渡段設(shè)計(jì)方法，并發(fā)展了相應(yīng)的設(shè)計(jì)程序。針對(duì)一算例開(kāi)展了設(shè)計(jì)工作。初步設(shè)計(jì)結(jié)果同三維結(jié)果之間略有差異，說(shuō)明三維優(yōu)化前的初步設(shè)計(jì)對(duì)提高優(yōu)化速度是可行的，肯定了本文關(guān)于設(shè)計(jì)分兩步走的方案。

2)過(guò)渡段最優(yōu)解面積分布規(guī)律呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，并存在最佳擴(kuò)張度，可使損失最小。這個(gè)最佳擴(kuò)張度應(yīng)該是進(jìn)出口面積比、支板翼型等因素共同影響的。

第5篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

(1)確定建筑的高寬比。在規(guī)范中房屋高寬比的規(guī)定雖然不是一個(gè)必須要滿足的條件，但是它是一個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定，抗傾覆能力，承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指數(shù)。一般滿足高寬比限制的結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)剛度，是比較科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)建筑的材料性能、建筑的功能、建筑的高度、抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類(lèi)別來(lái)選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。(3)要達(dá)到建筑造型和功能的要求。在布置水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件時(shí)，要在滿足建筑造型和功能的前提下進(jìn)行選擇，比如梁、柱子、板等，使其構(gòu)成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，從而抵抗水平力和豎向力。豎向力主要由豎向可變荷載和建筑物的自重構(gòu)成，水平荷載主要由地震和風(fēng)荷載構(gòu)成。(4)在正常使用的過(guò)程中，高層建筑要具有良好的剛度，防止因?yàn)槌霈F(xiàn)比較大的位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性受到影響［1］。(5)對(duì)抵抗水平力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行合理的布置。要使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心和水平合力作用點(diǎn)的投影盡可能接近，從而降低出現(xiàn)偏心的情況，避免產(chǎn)生影響建筑物的扭矩。(6)確定抗側(cè)力構(gòu)件的具置。質(zhì)量中心要和剛度中心盡可能接近，減小建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。(7)建筑樓層的高度。通常情況下，建筑面積確定時(shí)，如果增加建筑樓層的高度會(huì)導(dǎo)致單位面積使用的材料數(shù)量增加。

2優(yōu)化多層框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的大小

在建筑工程中，框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的布局會(huì)直接影響工程的造價(jià)，當(dāng)柱距比較小的時(shí)候，力的傳遞路線比較短，樓蓋結(jié)構(gòu)使用的材料也相對(duì)較少，但是使用的柱構(gòu)件材料會(huì)增加，和基礎(chǔ)費(fèi)用相比，當(dāng)柱網(wǎng)比較大的時(shí)候，會(huì)增加梁的高度，提高配筋率，導(dǎo)致造價(jià)升高，所以，柱網(wǎng)尺寸的合理性不僅對(duì)結(jié)構(gòu)的受力有比較大的影響，而且還會(huì)節(jié)省材料的使用量［2］。

2．1結(jié)構(gòu)布置的方案

根據(jù)建筑場(chǎng)地以及使用功能的具體情況，分別布置三種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行建模計(jì)算對(duì)比。

2．2對(duì)比方案

本工程使用PKPM－SATWE軟件對(duì)方案進(jìn)行計(jì)算，前三個(gè)陣型的振動(dòng)周期，X、Y方向的扭轉(zhuǎn)系數(shù)和平動(dòng)系數(shù)如表1所示。從表中可知，方案二的扭轉(zhuǎn)周期出現(xiàn)在第二陣型，說(shuō)明該方案的結(jié)構(gòu)沿兩個(gè)主軸方向的側(cè)向剛度相差比較大，且扭轉(zhuǎn)周期比已超過(guò)0.9，屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在地震作用下建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大，可能引起不良后果，故結(jié)構(gòu)方案不考慮方案二。在方案一和方案三中，由于方案三的柱距較小，方案三的梁、柱截面積是最小的，方案一的梁、柱截面積次之。經(jīng)過(guò)對(duì)模型進(jìn)行配筋計(jì)算，方案一由于Y向的框架梁的跨度適中，并向外挑出，受力比較合理，配筋的計(jì)算也會(huì)降低很多，而方案三由于柱網(wǎng)很密，計(jì)算得到的梁配筋結(jié)果都比較小。兩個(gè)方案的層間位移計(jì)算數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求，方案三在位移比控制方面更具優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明其在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更小。在材料用量方面，方案一使用梁向外進(jìn)行懸挑的方法可以使內(nèi)跨梁的受力比較合理，材料的使用量比較經(jīng)濟(jì)。而方案三和方案一相比，雖然框架柱的柱網(wǎng)比較密，框架柱數(shù)量相對(duì)較多，但由于框架柱截面以及配筋均比較小，故方案三梁工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總體上要小于方案一。例如在本工程中，方案一鋼筋含量約為34kg/m2，方案三含量約為33kg/m2，，市場(chǎng)鋼筋時(shí)價(jià)約為4000元，每立方米砼時(shí)價(jià)約為350元，則方案三梁柱的綜合造價(jià)比方案一可節(jié)省約22100元，經(jīng)濟(jì)性較好。在降低結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)大小不會(huì)對(duì)建筑功能造成影響的基礎(chǔ)上，使用方案三時(shí)，需要對(duì)基礎(chǔ)造價(jià)因素進(jìn)行考慮，例如當(dāng)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為天然地基基礎(chǔ)時(shí)，兩種方案的工程量大致是一樣的。當(dāng)以樁基礎(chǔ)為基礎(chǔ)形式時(shí)，工程量和樁的類(lèi)型有比較大的聯(lián)系，如果使用承載力比較小的樁型，在布樁數(shù)量方面的差距是不明顯的。如果使用單樁承載力比較大的大直徑樁型，布樁時(shí)考慮單柱單樁，由于柱子的數(shù)量增加，樁的數(shù)量也會(huì)有所增加。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體的基礎(chǔ)工程量和樓蓋工程量的和來(lái)進(jìn)行柱網(wǎng)尺寸的選擇。

3平面規(guī)則對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的影響

建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性是影響建筑抗震效果的一個(gè)重要指標(biāo)，規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)要遠(yuǎn)低于不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)，地震災(zāi)害也會(huì)比較輕。結(jié)構(gòu)計(jì)算可以將地震影響下結(jié)構(gòu)的受力情況反映出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員可以更好的根據(jù)地震反應(yīng)情況對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)出具有良好抗震效果的結(jié)構(gòu)。通常情況下，越是簡(jiǎn)單的平面形狀，單位造價(jià)相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較低。比如圓形結(jié)構(gòu)，不僅受力相對(duì)復(fù)雜，而且建筑施工比較復(fù)雜，施工過(guò)程中需要花費(fèi)比矩形建筑更高的費(fèi)用。通常情況下，在建筑施工中，矩形和正方形會(huì)更加有利于居家布置和施工，此外還可以有效的降低工程的施工造價(jià)，在長(zhǎng)方形住宅中，以長(zhǎng)寬比為1∶2的住宅為最佳［3］。而且由于工程平面規(guī)則，可以充分利用抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行水平力的傳送，結(jié)構(gòu)的剛度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

4結(jié)語(yǔ)

第6篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

（1）給料機(jī)返煤系統(tǒng)介紹

物料從球形倉(cāng)中部落煤，下部設(shè)置2排圓盤(pán)給料機(jī)，原煤通過(guò)重力以自溜的方式進(jìn)入給料機(jī)，通過(guò)給料機(jī)轉(zhuǎn)載至給料機(jī)下部設(shè)置的帶式輸送機(jī)上，從而進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。球形倉(cāng)直徑準(zhǔn)110m，擋墻3m高，物料為原煤，靜堆積角38°，密度ρ=900kg/m3，堆煤場(chǎng)下部設(shè)置2排給料機(jī)，每排4個(gè)。

（2）建立模型

根據(jù)煤倉(cāng)直徑及擋墻高度和原煤的堆積角，畫(huà)出物料堆積的三維模型，呈等間距布置，根據(jù)軟件測(cè)量，模型體積約164631.389m3，儲(chǔ)存量約14.82萬(wàn)t。當(dāng)堆煤場(chǎng)下給料機(jī)打開(kāi)，則物料受重力作用以自溜方式進(jìn)入給料機(jī)，此時(shí)在給料機(jī)上方靜堆積角38°為底角的錐形范圍內(nèi)原煤能進(jìn)入給料機(jī)，而錐形范圍之外的原煤則不能進(jìn)入，根據(jù)圖1的初步布置圖，畫(huà)出給料機(jī)的位置并去除能進(jìn)入給料機(jī)范圍的原煤，則剩余原煤。根據(jù)測(cè)量，剩余的原煤，即未能進(jìn)入給料機(jī)的原煤體積69610.1613m3，剩余的儲(chǔ)量6.26萬(wàn)t。

（3）方案優(yōu)化

為了使原煤能更多地進(jìn)入給料機(jī)，需對(duì)給料機(jī)的位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)能進(jìn)入給料機(jī)范圍的原煤體積為Vj，不能進(jìn)入給料機(jī)范圍的為Vs，則總體積Vz=Vj+Vs這里，為了簡(jiǎn)化模型計(jì)算，取不能進(jìn)入給料機(jī)的體積Vs為研究對(duì)象，研究當(dāng)Vs取得最小值時(shí)給煤機(jī)的位置，以及此時(shí)能進(jìn)入給煤機(jī)范圍的Vj值。在軟件中將實(shí)體的體積測(cè)量并定義為特征，運(yùn)用優(yōu)化/可行性工具，給定給料機(jī)的定位尺寸的變化范圍，并最終通過(guò)軟件自動(dòng)查找給料機(jī)定位尺寸的最優(yōu)值，從而使Vs取得最小值。本例中圓盤(pán)給料機(jī)上口尺寸為2m，因此給料機(jī)的定位尺寸變化范圍2～55m，參數(shù)輸入后，選擇測(cè)量的體積的最小化為輸出目標(biāo)，優(yōu)化后的給料機(jī)定位尺寸。由圖可知，原初步布置圖中排給料機(jī)距離倉(cāng)中心的定位尺寸優(yōu)化前為18m，優(yōu)化后為17.265m；每排中煤倉(cāng)一側(cè)距離煤倉(cāng)中心較遠(yuǎn)的給料機(jī)定位尺寸優(yōu)化前為33m，優(yōu)化后為32.384m；距離煤倉(cāng)較近的給料機(jī)定位尺寸優(yōu)化前為11m，優(yōu)化后為10.653m。此時(shí)，剩余的體積Vs=67378.912m3。

（4）結(jié)果分析

優(yōu)化前，球形儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)未能進(jìn)入給料機(jī)的物料體積為69610.1613m3，優(yōu)化后為67378.912m3。給料機(jī)根據(jù)優(yōu)化后布置，不能進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的原煤將減少約2231.25m3，即2008t原煤。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)每個(gè)設(shè)計(jì)者的能力、經(jīng)驗(yàn)不同，堆煤場(chǎng)下給料機(jī)的布置亦可能不同，當(dāng)設(shè)計(jì)者布置的給料機(jī)尺寸離最優(yōu)值越接近,則差異越小、越節(jié)省成本及能耗；相反，如果設(shè)計(jì)時(shí)與最優(yōu)值差異越大，則留在地面的物料就越多，則成本較高，能耗較大。

2結(jié)語(yǔ)

第7篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

375m水平南翼膠帶運(yùn)輸斜巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為684m，坡度為10.5°上山，開(kāi)口處底板標(biāo)高為－499.7m。－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷下部巷道分別為－375m南翼帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室，南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷、南翼第七聯(lián)絡(luò)巷。如圖1所示。圖1巷道平面布置圖－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷開(kāi)工時(shí)間較晚，且工作面運(yùn)輸需經(jīng)過(guò)南翼第七聯(lián)絡(luò)巷、南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷、－375m水平南翼帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室，運(yùn)輸路線較復(fù)雜且需經(jīng)過(guò)二級(jí)斜巷運(yùn)輸。隨著巷道不斷向前掘進(jìn)，該運(yùn)輸路線不斷加長(zhǎng)，如果采用傳統(tǒng)的礦車(chē)提升運(yùn)輸矸石和物料，運(yùn)輸系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)的需求，必然成為巷道上山掘進(jìn)的瓶頸環(huán)節(jié)。

2排矸運(yùn)輸系統(tǒng)

分析結(jié)合－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷實(shí)際情況，排矸運(yùn)輸系統(tǒng)有2套方案:①軌道運(yùn)輸排矸系統(tǒng);②輸送帶運(yùn)輸排矸系統(tǒng)。

2.1軌道運(yùn)輸排矸系統(tǒng)采用軌道運(yùn)輸出矸時(shí)，需經(jīng)南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷25°斜巷及－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷兩條斜巷運(yùn)輸。采用軌道運(yùn)輸?shù)木蜻M(jìn)工作面的坡度、涌水量等因素一般不會(huì)對(duì)運(yùn)輸效率造成大的影響，但有許多不可克服的缺點(diǎn):(1)運(yùn)輸效率低軌道運(yùn)輸是一種間斷不連續(xù)運(yùn)輸，其運(yùn)輸能力取決于每次提升的串車(chē)數(shù)量、車(chē)輛在斜巷的運(yùn)行時(shí)間、裝載時(shí)間及車(chē)輛在車(chē)場(chǎng)的摘掛鉤時(shí)間。軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率有其先天缺陷，且較難克服。當(dāng)巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度在300m以下時(shí)基本能滿足掘進(jìn)需要，當(dāng)掘進(jìn)長(zhǎng)度在300m以上時(shí)，根據(jù)新橋礦上山掘進(jìn)軌道運(yùn)輸?shù)氖褂媒?jīng)驗(yàn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度每增加150m，每次運(yùn)輸時(shí)間會(huì)增加5min。(2)安全系數(shù)低采用絞車(chē)進(jìn)行倒拉提升時(shí)，必須時(shí)刻確保絞車(chē)、鋼絲繩、回頭滑輪、鉤頭、保險(xiǎn)繩、礦車(chē)連接的銷(xiāo)子及鏈環(huán)完好，否則極易出現(xiàn)“跑車(chē)”事故，造成較大安全隱患。且巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加，軌道及鋼絲繩長(zhǎng)度增加，安全系數(shù)也越來(lái)越低。(3)操作人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷采用軌道運(yùn)輸時(shí)還另需經(jīng)過(guò)南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷2級(jí)斜巷運(yùn)輸，2條斜巷運(yùn)輸需配備6人，且僅兩條斜巷之間人力推車(chē)距離達(dá)120m，還需配備2名推車(chē)工。運(yùn)輸輔助工達(dá)8人，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，且人均功效低。

2.2輸送帶運(yùn)輸排矸系統(tǒng)用輸送帶運(yùn)輸出矸時(shí)，必須在機(jī)頭硐室內(nèi)施工一溜矸小井，工作面矸石通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)送至溜矸小井處并經(jīng)溜矸小井溜至－550m水平南翼輸送帶運(yùn)輸大巷內(nèi)后方可運(yùn)走。采用輸送帶運(yùn)輸能有效解決軌道運(yùn)輸存在的各種不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)運(yùn)輸效率高輸送帶運(yùn)輸是一種連續(xù)不間斷的運(yùn)輸，其運(yùn)輸能力只取決于所安裝的帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力及工作面裝載設(shè)備的裝載速度，不受巷道長(zhǎng)度等其他因素的影響，也不存在兩條斜巷提升的問(wèn)題，運(yùn)輸效率高。

(2)安全系數(shù)高采用輸送帶運(yùn)輸不存在斜巷軌道運(yùn)輸時(shí)的種種安全隱患，且－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷坡度只有10.5°，也不存在輸送帶運(yùn)輸撒矸傷人的隱患，安全系數(shù)高。

(3)操作人員少、勞動(dòng)效率高南翼煤倉(cāng)硐室內(nèi)的溜矸小井施工完畢后，采用帶式輸送機(jī)出矸時(shí)只需配備1名帶式輸送機(jī)司機(jī)，溜矸小井下口配備2名出矸人員即可，且不存在人力推車(chē)和摘掛鉤等工作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。通過(guò)上述分析可知，采用輸送帶運(yùn)輸有較大的優(yōu)越性，但前提是必須在機(jī)頭硐室內(nèi)施工配套的溜矸小井。溜矸小井直徑達(dá)到1.2m即可滿足出矸需要，施工工期不長(zhǎng)，且溜矸小井在后期施工南翼煤倉(cāng)時(shí)亦可作為排矸井使用。綜合考慮，決定采用溜矸小井配合帶式輸送機(jī)運(yùn)輸組成工作面的排矸運(yùn)輸系統(tǒng)。

3物料運(yùn)輸系統(tǒng)

分析采用溜矸小井配合帶式輸送機(jī)運(yùn)輸組成工作面的排矸運(yùn)輸系統(tǒng)后，－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷物料運(yùn)輸有2種運(yùn)輸方案，即可通過(guò)帶式輸送機(jī)底輸送帶運(yùn)送;或在巷道中鋪設(shè)軌道進(jìn)行軌道運(yùn)輸，即采用絞車(chē)及回頭滑輪進(jìn)行倒拉提升運(yùn)送。采用帶式輸送機(jī)底輸送帶運(yùn)料的安全系數(shù)較低，運(yùn)送的物料易撒落或撞壞輸送帶架、刮壞輸送帶，當(dāng)?shù)纵斔蛶С霈F(xiàn)跑偏時(shí)這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，現(xiàn)存在較大安全隱患。當(dāng)采用底輸送帶運(yùn)送噴漿料時(shí)，在裝料點(diǎn)額外增加了一道卸料工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大;噴漿料沿途運(yùn)送時(shí)極易撒落，造成材料浪費(fèi)及文明施工管理困難，且?guī)捷斔蜋C(jī)尾清掃器難以將噴漿料清掃干凈，對(duì)輸送帶的損傷極大。同時(shí)底輸送帶運(yùn)輸對(duì)材料的尺寸、重量有較多限制，尺寸超標(biāo)及超重的大件材料需人工運(yùn)送至工作面，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，因此，帶式輸送機(jī)底輸送帶運(yùn)料方案不予采用。采用軌道運(yùn)輸時(shí)可避免底輸送帶運(yùn)輸易出現(xiàn)的問(wèn)題，且因物料運(yùn)量少，不存在運(yùn)輸效率制約、安全系數(shù)低及占用施工人員的問(wèn)題。故工作面物料的運(yùn)輸方式選擇為軌道運(yùn)輸。在變坡點(diǎn)位置安裝1部JD－4型絞車(chē)，在耙矸機(jī)后安裝回頭滑輪進(jìn)行倒拉提升運(yùn)送，如位置圖2所示。掘進(jìn)前期采用21.5mm鋼絲繩;當(dāng)巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度增加，采用21.5mm鋼絲繩導(dǎo)致絞車(chē)?yán)p繩量超標(biāo)時(shí)，更換18.5mm鋼絲繩并相應(yīng)減少提升的串車(chē)數(shù)量，滿足整條巷道掘

4巖巷上山掘進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)

通過(guò)上述對(duì)排矸及物料運(yùn)輸系統(tǒng)的分析，即可確定－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷上山掘進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)。根據(jù)－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷掘進(jìn)所需匹配的運(yùn)輸能力，結(jié)合巷道寬度，選用1臺(tái)輸送帶寬度為1m、DSJ100/63/2×90型帶式輸送機(jī)，機(jī)頭硐室內(nèi)施工配套的直徑1.2m溜矸小井。掘進(jìn)期間在斜巷內(nèi)鋪設(shè)軌道，在斜巷起坡點(diǎn)位置安裝1部JD－4型絞車(chē)，在工作面裝載設(shè)備后方安裝回頭滑輪，通過(guò)絞車(chē)、鋼絲繩、回頭滑輪進(jìn)行倒拉提升將礦車(chē)牽引至工作面。隨工作面的延伸而不斷往前鋪設(shè)軌道并移動(dòng)回頭滑輪。上山掘進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)由1部帶式輸送機(jī)、2臺(tái)耙矸機(jī)、1部絞車(chē)及附屬的軌道、鋼絲繩、溜矸小井等組成。如圖3所示。圖3巖巷上山掘進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖1.輸送帶2.－375m水平南翼帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室3.－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷4、5.耙矸機(jī)6.溜矸小井7.－550m水平南翼輸送帶運(yùn)輸巷矸石或雜物采用工作面安裝的1部P－60B型耙矸機(jī)裝載至巷道內(nèi)安裝的1部DSJ100/63/2×90型帶式輸送機(jī)上，經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至機(jī)頭硐室內(nèi)的溜矸小井處，通過(guò)溜矸小井溜至－550m水平南翼輸送帶運(yùn)輸大巷內(nèi)，再由－550m水平南翼輸送帶運(yùn)輸大巷內(nèi)安裝的1部P－60B型耙矸機(jī)裝載至礦車(chē)中。通過(guò)5t蓄電池式電機(jī)車(chē)將矸車(chē)運(yùn)至－550m水平南翼軌道運(yùn)輸大巷內(nèi)，由運(yùn)輸隊(duì)運(yùn)至井底車(chē)場(chǎng)后提升至地面。物料車(chē)或工具車(chē)從南翼第七聯(lián)絡(luò)巷口處的－550m水平南翼軌道運(yùn)輸大巷，通過(guò)5t蓄電池式電機(jī)車(chē)運(yùn)至南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷下平臺(tái)，再經(jīng)南翼煤倉(cāng)上口通風(fēng)行人巷絞車(chē)硐室內(nèi)安裝的1部JYB－5×1.40型運(yùn)輸絞車(chē)提升至上平臺(tái)，然后通過(guò)人力推車(chē)運(yùn)至－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷變坡點(diǎn)處，通過(guò)－375m水平南翼輸送帶運(yùn)輸斜巷信號(hào)硐室處安裝的JD－4型運(yùn)輸絞車(chē)提升至工作面。該運(yùn)輸系統(tǒng)與傳統(tǒng)的巖巷掘進(jìn)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)相比，在安全性、生產(chǎn)效率和工效都有了較大的提高。該套系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備的搭配充分發(fā)揮了設(shè)備的各自優(yōu)點(diǎn)，保證了工作面安全高效快速掘進(jìn)。

5結(jié)論

第8篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

1.1研究對(duì)象

該零能耗太陽(yáng)能住宅位于天津市天津大學(xué)26號(hào)教學(xué)樓旁，北緯39.1°，東經(jīng)117.2°，海拔5m。運(yùn)用Airpark2.1模擬軟件模擬參賽建筑室內(nèi)通風(fēng)工況，作為建筑設(shè)計(jì)前期的室內(nèi)風(fēng)量預(yù)測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。首先建立住宅物理模型和數(shù)學(xué)模型，然后劃分網(wǎng)格和求解。建筑布局：建筑風(fēng)格以“徽派民居”為原型，空間布局吸取中國(guó)傳統(tǒng)的“庭院”布局，既可作為整個(gè)空間布局的視覺(jué)中心，又可成為建筑空間的“環(huán)境調(diào)節(jié)區(qū)”，同時(shí)解決建筑的采光、通風(fēng)問(wèn)題。建筑空間布局圍繞中庭南向依次布置餐廳、客廳、書(shū)房、臥室，在北向布置衛(wèi)生間、廚房，成為“溫度阻尼區(qū)”。住宅采用木結(jié)構(gòu)體系，墻體采用歐松板和聚苯乙烯復(fù)合的SIP結(jié)構(gòu)板。室內(nèi)家用電器齊全，根據(jù)生活需求配置相應(yīng)的工作任務(wù)來(lái)考核室內(nèi)的物理環(huán)境控制情況，為住宅的平面圖。

該零能耗住宅建筑面積為74m2。建筑北側(cè)衛(wèi)生間窗戶為1.2m×0.35m，廚房窗戶為1.35m×0.6m；建筑南側(cè)書(shū)房的有效通風(fēng)面積為0.8m×0.8m，餐廳窗戶為1.4m×1.2m，所有側(cè)窗距地板高度均為0.9m；在中庭上空安裝了3扇1.4m×1m的天窗，天窗距室內(nèi)地面高度為2.5m。住宅為3口之家使用，室內(nèi)家電齊全：1臺(tái)筆記本電腦、1臺(tái)電視、烤箱、電磁爐、冰箱、5盞熒光燈等。數(shù)值模擬方法分別對(duì)人坐、站立、行走高度的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，使室內(nèi)空間具有良好的通風(fēng)組織。根據(jù)零能耗太陽(yáng)能住宅原型的自然通風(fēng)特性和內(nèi)部布局，進(jìn)行大氣邊界條件的設(shè)置并建立室內(nèi)不同工況的自然通風(fēng)模型，再選用k-ε兩方程湍流模型進(jìn)行模擬求解。室外送風(fēng)口送風(fēng)風(fēng)速為5.5m/s，送風(fēng)溫度為20℃，送風(fēng)濕度為30%，相對(duì)濕度為40%。根據(jù)居住設(shè)計(jì)要求，室內(nèi)四季恒溫24℃±1℃，并且始終保持40%~55%的濕度，室內(nèi)空氣懸浮顆粒物、CO2濃度等均有嚴(yán)格的指標(biāo)控制。本課題研究的是住宅室內(nèi)自然通風(fēng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。動(dòng)量松弛因子和壓力松弛因子取值分別為0.7和0.3。

1.2網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格的劃分質(zhì)量決定計(jì)算結(jié)果的精度和運(yùn)算時(shí)間。網(wǎng)格單元最大X、Y、Z尺寸為該空間相應(yīng)方向尺寸的1/25，Airpak2.1軟件自動(dòng)生成模型中各個(gè)區(qū)域的網(wǎng)格，調(diào)整網(wǎng)格的疏密和網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格數(shù)48175，檢查最小網(wǎng)格單元容積，網(wǎng)格質(zhì)量劃分良好。根據(jù)運(yùn)行求解，迭代次數(shù)適中，計(jì)算收斂良好。

1.3模擬方法模擬條件

送風(fēng)風(fēng)速為5.5m/s，室外空氣溫度為30℃，筆記本電腦開(kāi)啟，1人坐在電腦桌前，室內(nèi)共3人活動(dòng)。室內(nèi)冰箱、電腦熱源開(kāi)啟。室內(nèi)風(fēng)壓、熱壓共同作用的自然通風(fēng)常出現(xiàn)溫度分層，模擬取X=4.8m、Y=2.5m、Z=2.8m處的測(cè)試斷面，測(cè)點(diǎn)選取離地板高度H=0.8m、H=2m的位置，這些測(cè)點(diǎn)能較全面反映該住宅內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布情況。

2模擬結(jié)果分析

建筑室內(nèi)送風(fēng)口的形式、數(shù)量和位置、排（回）風(fēng)口位置、送風(fēng)參數(shù)（送風(fēng)溫度、送風(fēng)口風(fēng)速）、風(fēng)口尺寸等均會(huì)影響氣流流動(dòng)模式，通過(guò)不同工況的模擬，預(yù)測(cè)流場(chǎng)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和探討紊流模型的準(zhǔn)確性。由于自然通風(fēng)氣流運(yùn)動(dòng)具有不可控制性，模擬計(jì)算均是在特定的通風(fēng)模式下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬。比較建筑有無(wú)天窗對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的影響分布為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，運(yùn)用Airpark2.1模擬軟件對(duì)有無(wú)天窗2種工況的室內(nèi)通風(fēng)情況進(jìn)行比較，以期將室內(nèi)的平均溫度控制在熱舒適度范圍內(nèi)，

3結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)簡(jiǎn)化室內(nèi)自然通風(fēng)模型

應(yīng)用Airpak2.1軟件對(duì)零能耗太陽(yáng)能住宅原型室內(nèi)氣流組織進(jìn)行數(shù)值模擬研究，速度矢量圖、PMV云圖可以有效預(yù)測(cè)室內(nèi)的風(fēng)環(huán)境，通過(guò)對(duì)建筑有無(wú)天窗、窗戶開(kāi)啟方式和位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而優(yōu)化室內(nèi)氣流組織，提高人體熱舒適性。

(2)自然通風(fēng)物理模型的模擬結(jié)果

第9篇：優(yōu)化設(shè)計(jì)論文范文

工作在1～3μm的近紅外探測(cè)器件在空間遙感、大氣監(jiān)測(cè)、資源勘探等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用［1］。InGaAs材料可以覆蓋1～3μm近紅外波段，具有高吸收系數(shù)、高遷移率、高工作溫度下高探測(cè)率(輕量化)、良好的均勻性和穩(wěn)定性(高可靠)、優(yōu)秀的空間抗輻照性能(長(zhǎng)壽命)等優(yōu)點(diǎn)，因此，InGaAs探測(cè)器是近年來(lái)最具發(fā)展前景的近紅外探測(cè)器［2］。但是，較高的暗電流是制約InGaAs探測(cè)器發(fā)展和應(yīng)用的主要問(wèn)題。由于PIN結(jié)構(gòu)紅外探測(cè)器制作工藝簡(jiǎn)單、響應(yīng)度高，所以目前在設(shè)計(jì)器件時(shí)一般都采用該結(jié)構(gòu)［3］。在器件實(shí)際制作之前，對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行模擬、優(yōu)化，能大大節(jié)約資源，提高效率。對(duì)于通信用的In0．53Ga0．47As探測(cè)器和APD結(jié)構(gòu)InGaAs紅外探測(cè)器，已經(jīng)有了大量的研究報(bào)道。一種模擬的方法是使用SPICE電路模型模擬器［4］對(duì)材料、結(jié)構(gòu)不同的光電探測(cè)器建立對(duì)應(yīng)的電路模型，研究其光電特性;另外一種就是基于載流子連續(xù)性方程和泊松方程建立器件模型，利用數(shù)值計(jì)算工具進(jìn)行器件特性的分析［5-6］。利用模擬計(jì)算的方法優(yōu)化延伸波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)，從而有效提高器件光電性能是一項(xiàng)非常有意義的工作。本文在驗(yàn)證了APSYS可靠性的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了高性能延伸波長(zhǎng)InGaAs近紅外探測(cè)器的研究。首次采用APSYS軟件建立了完整的PNN復(fù)合蓋層InGaAs紅外探測(cè)器單元器件模型，通過(guò)調(diào)整蓋層材料、厚度、載流子濃度等參數(shù)，優(yōu)化了PIN型延伸波長(zhǎng)至2．6μm的InGaAs紅外探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的器件暗電流可以降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，而光譜響應(yīng)度僅降低10%。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬不同工作溫度下的暗電流曲線，分析和解釋了不同工作溫度下的暗電流機(jī)制。

2實(shí)驗(yàn)

采用Crossright公司設(shè)計(jì)的APSYS對(duì)InGaAs紅外探測(cè)器進(jìn)行模擬計(jì)算。APSYS是一款2D/3D有限元分析軟件，它包括了許多物理模型，例如熱載流子輸運(yùn)、異質(zhì)結(jié)模型、熱分析等，擁有強(qiáng)大的模擬功能。這里我們基于漂移-擴(kuò)散模型，通過(guò)求解自洽解泊松方程、電流連續(xù)性方程來(lái)得到較為精確的模擬曲線［7-9］，對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化及設(shè)計(jì)。首先在APSYS中建立器件結(jié)構(gòu)模型，調(diào)用物理模型(泊松方程、電流連續(xù)性方程、光子波動(dòng)方程、光子速率方程、光子增益方程等)，參考軟件數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置詳細(xì)的控制條件(各層載流子遷移率、載流子壽命、電壓、復(fù)合速率等)，編輯輸出命令集合(暗電流、光電流、光譜響應(yīng)度等)，得到暗電流和光譜響應(yīng)度的模擬結(jié)果。然后，通過(guò)調(diào)整蓋層(P、N1、N2)厚度和載流子濃度等來(lái)使暗電流和光譜響應(yīng)度的綜合指標(biāo)達(dá)到最佳。

3結(jié)果與討論

3．1模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

為了驗(yàn)證APSYS模擬PIN型延伸波長(zhǎng)In-GaAs近紅外探測(cè)器的可靠性，我們對(duì)InP蓋層和InAs0．6P0．4蓋層的InGaAs探測(cè)器進(jìn)行了模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。兩種探測(cè)器襯底均為InP，摻雜濃度為2E18;緩沖層分別為100nm和80nm的In0．82Ga0．18As，摻雜濃度為2E18;吸收層分別為2．9μm和3．1μm的In0．82Ga0．18As，本征載流子濃度為3E16;蓋層為0．9μmInAs0．6P0．4和3．1μmInP，摻雜濃度為2E18［10-12］。圖1為模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的器件相對(duì)光譜響應(yīng)度的對(duì)比，從圖中可以看出二者較為接近。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相對(duì)光譜響應(yīng)度略小于模擬計(jì)算出的值，這是因?yàn)槟M計(jì)算是在理想條件下進(jìn)行的，而實(shí)驗(yàn)制作的器件要受到實(shí)際工藝技術(shù)水平的制約。另外，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相對(duì)光譜響應(yīng)度在1．38μm和1．9μm處出現(xiàn)了波動(dòng)，這主要是由于紅外輻射中的一部分被空氣中的CO2和H2O吸收所致。圖2為模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)得器件暗電流的對(duì)比，由圖可知二者極為接近。同樣，實(shí)驗(yàn)暗電流略大于模擬計(jì)算所得暗電流，這是由實(shí)際工藝條件造成的。綜合上面的比較，我們可以得出結(jié)論，用APSYS對(duì)PIN延伸波長(zhǎng)探測(cè)器進(jìn)行模擬計(jì)算是精確、可靠的。

3．2新型復(fù)合蓋層InGaAs紅外探測(cè)器優(yōu)化設(shè)計(jì)

在驗(yàn)證模型之后，我們優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種新的結(jié)構(gòu):復(fù)合型蓋層延伸波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器。即蓋層中采用PNN結(jié)構(gòu)，以期提高器件性能。使用InGaAs蓋層不僅容易生長(zhǎng)而且可以減少與吸收層之間的晶格失配，減少位錯(cuò)，降低暗電流;而采用InAsP、InAlAs作為蓋層，則會(huì)使In0．82-Ga0．18As材料的表面鈍化，從而降低表面復(fù)合率。為了提高器件的量子效率，減少晶格失配帶來(lái)的位錯(cuò)，我們用Vegard定律計(jì)算得到與In0．82Ga0．18As晶格匹配的兩種蓋層應(yīng)為In0．82Al0．18As/InAs0．6P0．4。另外，本征的In0．82Ga0．18As吸收層相對(duì)于重?fù)诫s的蓋層和N型緩沖層與襯底來(lái)說(shuō)是高阻層，可以有效抑制載流子熱擴(kuò)散電流，從而降低器件的暗電流，提高器件的靈敏度。根據(jù)Piotrowski［13］提出的理論模型，吸收層的厚度在2～3μm時(shí)，探測(cè)器的探測(cè)率［14］最大。因此，綜合探測(cè)器的探測(cè)率和量子效率等各方面的因素，我們優(yōu)化設(shè)計(jì)In0．82-Ga0．18As本征吸收層的厚度為2．5μm，這樣可以在保證響應(yīng)速度的同時(shí)盡可能提高量子效率。綜上所述，計(jì)算中采用的模擬參數(shù)為:襯底為1μm的N型InP材料，載流子濃度為2E18;緩沖層為1μm的N型InxAl1－xAs(x=0．52～0．82)漸變組分緩沖層，載流子濃度為2E18;吸收層為2．5μm的Ⅰ型In0．82Ga0．18As材料，載流子濃度為3E16;在蓋層的PNN結(jié)構(gòu)中，P層為In0．82Al0．18As，N型分別為InAs0．6P0．4和In0．82Ga0．18As。PNN蓋層各層厚度模擬計(jì)算數(shù)值如表1所示。在確定最佳厚度后，我們進(jìn)一步調(diào)整載流子濃度取值范圍，載流子濃度從1E16到2E18，每隔1E16(1E17、1E18)取一個(gè)值。通過(guò)比較暗電流和相對(duì)光譜響應(yīng)度，我們得出優(yōu)化后的器件結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖4所示為PNN復(fù)合蓋層InGaAs探測(cè)器在最佳載流子濃度下的相對(duì)光譜響應(yīng)度曲線。在外加反向偏壓為0～0．1V時(shí)，優(yōu)化后的器件暗電流密度為10－5數(shù)量級(jí)，比常規(guī)的(10－4)小一個(gè)數(shù)量級(jí)。圖5為優(yōu)化后器件的相對(duì)光譜響應(yīng)度曲線，由圖可知它的長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為2．6μm，短波截止波長(zhǎng)約為0．9μm。相對(duì)光譜響應(yīng)度的峰值出現(xiàn)在2．0μm處，比常規(guī)的PIN型InGaAs紅外探測(cè)器峰值小10%，對(duì)器件性能影響不大。綜上所述，圖3所示的器件結(jié)構(gòu)大大提高了InGaAs紅外探測(cè)器的性能。

3．3暗電流機(jī)制的分析

為了探究暗電流機(jī)制，我們模擬計(jì)算了優(yōu)化后的InGaAs探測(cè)器在不同工作溫度下的暗電流。圖6為暗電流隨1000/T的變化關(guān)系。我們知道，產(chǎn)生-復(fù)合電流、擴(kuò)散電流、界面復(fù)合電流和隧穿電流［15］為InGaAs紅外探測(cè)器暗電流的4種機(jī)制。擴(kuò)散電流［16］主要為耗盡層邊緣的熱激發(fā)產(chǎn)生的少數(shù)載流子從P區(qū)、N區(qū)向耗盡層擴(kuò)散形成的電流;產(chǎn)生-復(fù)合電流［17］主要為熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子在電場(chǎng)的作用下由勢(shì)壘區(qū)向勢(shì)壘兩邊漂移而形成的電流;界面復(fù)合電流主要為由于材料體系的失配位錯(cuò)而產(chǎn)生的界面電流;隧穿電流主要為隧道效應(yīng)而產(chǎn)生的電流，按照載流子穿越禁帶方式的不同，分為帶間隧穿電流和缺陷隧穿電流［18］。擴(kuò)散電流和產(chǎn)生-復(fù)合電流都與1000/T成線性關(guān)系。所以在溫度大于300K(圖中Ⅰ區(qū))時(shí)，暗電流主要為擴(kuò)散電流和產(chǎn)生-復(fù)合電流;在250～300K區(qū)間(圖中Ⅱ區(qū))，接近線性變化，但斜率小于Ⅰ區(qū)，此時(shí)暗電流主要為帶間隧穿電流;當(dāng)溫度低于250K(圖中Ⅲ區(qū))時(shí)，曲線幾乎不變，此時(shí)暗電流主要為缺陷隧穿電流。

4結(jié)論