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国内外已发展了多种弹流数值分析方法,其中油膜压力求解方法的普遍特征是采用复杂的数值迭代技术对离散的Reynolds方程组进行求解,但由于数值分析的不稳定性,在重载下很难得到精确的解。为此,本文创新地将在很多领域得到广泛使用的遗传算法(GA)运用到线接触非牛顿热弹流(TEHL)数值分析中,以圆柱滚子轴承为例,对相应的遗传数值计算方法进行深入的研究。
本文针对遗传算法求解速度较慢和效率不高的缺点,在综合分析现有网格划分的基础上,研究提出了能够提高求解速度和求解精度的卷吸速度方向网格划分方法;根据等温条件与热条件下的现有弹流特性,提出了合适的实值编码个体构造方案和能够显著提高计算效率和数值稳定性的初始种群的产生办法;通过对现有弹流数值分析方法和遗传算法原理的研究,建立了合适的线接触热弹流优化数学模型和适应度函数,确定了适应度函数的求解方案,并提出了合适的迭代计算终止条件;通过对遗传算法原理和特点及相关选择算子、交叉算子、变异算子的深入研究,设计了合适的弹流遗传计算技术和合适的总体计算流程,并对遗传算法求解线接触非牛顿热弹流问题可能出现的问题的解决办法作了深入的研究,提出了计算结果的中心膜厚和最小膜厚的检验方法。
本文采用MATLAB语言编制了计算机程序进行线接触非牛顿热弹流数值求解。计算中采用遗传算法对压力进行数值分析,采用逐列扫描法进行温度分析,并对计算结果进行了分析和验证,得出了一些有意义的规律和结论,计算结果与文献计算值吻合较好。本文的主要结论如下:
(1) 本文首次将遗传算法应用于线接触热弹流完全数值分析,研究出的计算方法具有求解思路简单、鲁棒性好、编程容易的优点,如果初始种群设计适当,适用于中等载荷和重载弹流工况。
(2) 网格划分方法、个体表示方案、适应度函数的定义、初始种群的产生办法、遗传算子及控制参数的选择、收敛判据等都会对GA求解线接触热弹流问题的结果产生重要影响,其中以初始种群的产生办法以及适应度函数的定义和计算最为关键。
(3) 遗传算法进行线接触热弹流数值分析时,不同运行过程得到的结果存在差异,但能被控制在较小的范围内,相比中心膜厚和最大中部油膜温度,最小膜厚值存在较大的波动,压力曲线的光滑程度可作为确定最优解的一个标准。