第一题 考察温度对烧碱产品得率的影响，选了四种不同温度进行试验，在同一温度下进行了5次试验（三数据见下表）。希望在显着性水平为。 1.SSE的公式 2.SSA的公式 3.将表格粘贴进Excel，然后进行数据分析，勾选标于第一行，显示在下面 P=，远小于，所以是显着的 “方差分析” “响应C1C2C3C4” “选单因素未重叠” 4.打开Minitab，复制表格， “统计” 点击“比较”勾选第一个，确定 结果:工作表3 单因子方差分析:60度,65度,70度,75度 来源自由度SSMSFP 因子误差合计 S==%R-Sq（调整）=% 平均值（基于合并标准差）的单组95%置信区间 水平N平均值标准差------+---------+---------+---------+--- 60度度度度合并标准差= Tukey95%同时置信区间 所有配对比较 单组置信水平=% 60度减自: 下限中心上限------+---------+---------+---------+--- 65度度度度减自: 下限中心上限------+---------+---------+---------+--- 70度度度减自: 下限中心上限------+---------+---------+---------+--- 75度获得结果，区间相交包含的不明显，反之明显 第二题 为研究线路板焊点拉拔力与烘烤温度、烘烤时间和焊剂量之间关系。从生产过程中收集20批数据，见下表: 1.将表格粘贴进Minitab，然后“统计”“回归”“回归”“响应，变量”“图形，四 合一” 2.P小于，显着 4.残差分析 第三题 钢片在镀锌前需要用酸洗方法除锈， 为提高除锈效率，缩短酸洗时间，需 要寻找好的工艺参数。现在试验中考 察如下因子与水平：
一、匹配概述 超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输 出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把 换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出 效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流 有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐 作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。二、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载 阻抗。一般在 D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载 Rl' 上的输出功率表 达式为： 式中， VAm为等效负载上的基波幅度； vcc 为电源电压； vces 为功放管饱和压降，故 为了保证系统有一定功率余量 ( 因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电 阻都有损耗， po' 需要乘上一个约等于 1． 4— 1． 5 的系数。即输出功率 po 为1．5Po' ； 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载 RL’。目 前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载 RL进行阻抗变换。由高阻抗变 换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。 变压器次初级匝数比为 n／ m，则输出功率 PO时的初级电阻 举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电 VCC为 220V，
结构优化设计实验报告 1.实验背景 结构优化能在保证安全使用的前提下保证工程结构减重，提高工程的经济效益，这也是课程练习的有效补充。 2.实验课题 问题1：考察最速下降法、拟牛顿法（DFP，BFGS）、单纯形法的性能，使用matlab中的fminunc 和fminsearch 函数。 ●目标函数1: 目标函数，多元二次函数 其中，，,, 初值 ●目标函数2 1.3 结果分析：从上述结果可以看出牛顿法具有较好的稳定性，最速下降法和单纯形法在求解超越函数时稳定性不佳，最速下降法迭代次数最少，单纯形法
迭代次数最多。 问题2：使用matlab中的linprog和quadprog函数验证作业的正确性。 用单纯形法求解线性规划问题的最优解 ●目标函数1 6 , 运行结果： 单纯形法的解析解 用两相法求解线性规划问题的最优解 ●目标函数2 , 运行结果: 单纯形法的解析解 求解二次规划问题的最优解 ●目标函数2 , , 运行结果：
问题3：用Matlab命令函数fmincon求解非线性约束规划问题 ●目标函数1 运行结果： 迭代次数：8 ●目标函数2 运行结果： 迭代次数：16 问题4：用Matlab命令函数fmincon求解人字形钢管架优化问题。已知：2F = 600kN，2B = 6 m，T=5 mm，钢管材料E = 210 GPa，密度=, 许用应力[ ]=160MPa，根据工艺要求2m ≤ h≤6m ，20mm ≤ D≤300mm 。求h , D 使总重量W为最小。
求 目标函数1 运行结果：
迭代次数：8 问题5：修改满应力程序opt4_1.m 和齿形法程序opt4_2.m ，自行设计一个超静定桁架结构，并对其进行优化。要求: （1）设计变量数目不小于2； （2）给出应力的解析表达式； （3）建立以重量最小为目标函数、应力为约束的优化模型。 分别用满应立法和齿轮法求解图2超静定结构，已知材料完全相同， ， , 2000,1500==σσ ， 满应力法和齿轮法运行结果：
INFOLYTICA专业电磁场仿真软件 ――电磁铁解决方案 海基科技 2010 年 1月
目录 1. 采用电磁有限元软件分析电磁铁的重要性 (3) 2.应用INFOLYTICA软件分析电磁铁的优点 (3) 2.1主要优点概述 (3) 2.2在电磁铁分析中的优点 (4) 2.2.1 CAD接口功能 (4) 2.2.2 动态仿真能力 (5) 2.2.3 与simulink联合仿真 (6) 2.2.4 磁热耦合计算 (7) 2.2.5 优化设计 (8) 3. INFOLYTICA软件在电磁铁中的应用实例 (9) 3.1问题描述 (9) 3.2仿真结果 (10) 3.2.1 磁场分布 (10) 3.2.2 新老模型吸合过程比较 (11) 3.2.3新老模型提升过程比较 (15) 3.2.4 老模型提升过程（500ms） (21) 3.2.5新模型提升过程（500ms） (23) 4. 软硬件配置建议 (25) 5. 部分客户列表 (26) 6. 海基公司简介 (26)
1. 采用电磁有限元软件分析电磁铁的重要性 电磁铁利用通电线圈激磁产生电磁力，驱动阀芯运动以开启和关闭阀门，结构紧凑、尺寸小、重量轻、密封良好、维修简便、可靠性高，是自动控制领域的重要部件。但是，电磁铁的电磁设计目前往往还停留在基于磁路的方式、凭经验公式或模仿国外同类产品，产品性能靠估算和事后测试。 比例电磁铁关系是到电子调速器可靠性的重要装置，其功能是将输入的电流信号，转换成力或位移信号输出，其轴向推力与线圈电流成正比且在有效行程范围内保持恒定。由于影响比例电磁铁性能特性的结构参数较多，传统设计一般采用磁路法，对各个结构参数作用评估往往不够具体和准确，需要采用电磁有限元方法进行准确计算。 在电喷系统中，高速电磁阀借助于控制电磁铁产生的电磁吸力，使得电磁阀芯正、反向高速运动，从而实现液流在阀口处的交替通、断功能。其高速响应特性是高速电磁阀设计应考虑的重要指标。通过电磁阀材料的选择、结构优化及驱动电路设计等方面进行综合优化，可以获得较好的动态响应特性。电磁力的计算并获得其数值的大小是进行理论分析的基础，但是在实际计算中都采用磁路法，进行了较多的简化，其计算结果与实际结果必然相差较大。因此。目前在电磁阀研究中，采用磁路法给出定性的指导，大量工作是通过试验进行优化研究，这将大大增加研发周期和成本。 随着计算机技术的发展，电磁场数值计算技术已用于电机工程领域，有限元法因几何适应性强、易于处理非线性、非均匀媒质等优点，已成为最有效、应用最广泛的方法。采用电磁场有限元方法对电磁阀进行计算，可以考虑磁场分布中的漏磁现象和磁场饱和现象，计算结果更加接近实际结果。采用有限元法可大大缩短电磁阀开发设计的周期，增加阀的多样性，提高产品的性能，增强市场竞争力。 2.应用Infolytica软件分析电磁铁的优点 2.1 主要优点概述 Infolytica的软件作为专业而且历史悠久的电、磁、热仿真软件，无论从操作上或是求解精度或是技术支持上，别的软件都是无法比拟的，其优点主要可以总结为以下几点： 9真实和友好的视窗界面，使用户容易迅速了解软件功能。 9模型的所有参数和求解结果等存储在一个压缩的文件内，减少存储空间，便于统一管理。 9非常方便的几何建模能力，可以快速处理各种复杂几何形状。 9与其他三维设计软件的接口能力，包括：AutoCAD， SAT，CATIA，IGES，Pro/E，TEP，Inventor，etc. 9所建立的模型，在MagNet，ThermNet，ElecNet任一软件中建立的模型可以直接在另外两个软件内使用，无须重复建模。 9可编辑和自定义的材料属性。 9隐含网格剖分，和自适应网格。 9方便的定义边界条件。 9可以定义与模型连接的电路。 9领先于其他软件厂商同类产品的高效稳定的求解器。 9求解器可以分析2D/3D模型的：静磁场，时间谐振场，瞬态场，有运动部件模型的瞬态场。 9运动求解器支持多个运动部件的任意运动。 9提供详细和精确的仿真结果，使设计人员可以全面的了解所设计模型的性能。 9求解量的自动化的图表处理。 9Infolytica的磁场分析软件Magnet 可以和热场分析软件ThermNet进行耦合求解。 9强大的参数化功能，可将模型几何，材料，激励，网格属性等量参数化，进行多个工况的求解。 9完备的脚本语言,可以容易的对软件进行二次开发。 9基于ActiveX，可以和其他基于同样技术的软件接口，如MatLab, Excel，等。 9多个实用的插件可以免费下载供用户使用，并且在不断扩充。 9大量的在线应用实例，提供各种类型的应用实例，包括多个TEAM 的基准算例。
试验优化设计与分析(教材) 成果总结 成果完成人：任露泉，丛茜，杨印生，李建桥，佟金成果完成单位：吉林大学 推荐等级建议：二等奖
1.立项背景 在现代社会实现过程和目标的最优化，已成为解决科学研究、工程设计、生产管理以及其他方面实际问题的一项重要原则。试验优化技术因其具有设计灵活、计算简便、试验次数少、优化成果多、可靠性高、适用面广等特点，已成为现代设计方法中一个先进的设计方法，成为发达国家企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员的必备技术，它对于创造利润和提高生产率起着巨大的作用。因此在我国为了赶超世界先进水平，促进科研、生产和管理事业的发展，编著相关教材，大力推广与应用试验优化技术，不仅具有普遍的实际意义，也具有一定的迫切性。 20世纪80年代初，鉴于国民经济建设实践和科学技术研究中对试验优化技术的广泛需求，为推动教学改革、提高教学质量，任露泉教授对试验优化理论与技术进行了深入系统研究，为本科生开设了“试验设计”课程，为研究生开设了“试验优化技术”课程，并于1987年由机械工业出版社出版了教材《试验优化技术》，产生了很高的学术与技术影响。 2001年任露泉教授在《试验优化技术》一书的基础上编著了《试验优化设计与分析》教材，由吉林科技出版社出版发行。该教材是对1987年出版的《试验优化技术》的修改、补充和发展。作者根据对试验优化的教学和科研应用的多年实践与体会，为适应读者学习与使用的实际需要，调整修改了原书中的部分内容和一些方法的设计程式；补充了一些试验优化设计的新方法、新技术；增添了试验优化的一些最新应用实例；并增加了试验优化分析一篇。 本教材2001年获吉林省长白山优秀图书一等奖，2002年被遴选为教育部全国研究生教学用书，再次出版发行，2004年获吉林省教学成果一等奖。 2.教材内容 本教材万字，共分三篇二十一章。第一篇试验设计，除正交设计、干扰控制设计与数据处理等常用技术外,还介绍SN比设计、均匀设计、广义设计、调优运算及稳健设计等正交试验设计技术的拓广应用和现代发展的最新方法；第二篇回归设计，除各种回归的正交设计、旋转设计、饱和设计、多项式设计、还介绍多次变换设计、交互作用搜索设计、混料设计以及D-最优设计等回归设计技术的进一步完善与最新应用技术；在第三篇试验优化技术分析中,介绍了试验数据处理过程中经常遇到的难题及其解决办法，数据分析的最新研究成果及其应用实例。例如：有偏估计、PPR分析、探索性数据分析等；此外还介绍了试验优化的常用统计软件。 3.教材特点
优化设计实验报告
无约束非线性规划问题 ) sin(1)(min 2 2 35x e x x x x f x -+-++= fun='(x^5+x^3+x^2-1)/(exp(x^2)+sin(-x))'; ezplot(fun,[-2,2]); [xopt,fopt,exitflag,output]=fminbnd(fun,-2,2) 输出： xopt = 0.2176 fopt = -1.1312 exitflag = 1 output = iterations: 12 funcCount: 13 algorithm: 'golden section search, parabolic interpolation' message: [1x112 char]
二维无约束非线性函数最优解 )12424()(min 2212 2211++++=x x x x x e X f x fun='exp(x(1))*(4*x(1)^2+2*x(2)^2+4*x(1)*x(2)+2*x(2)+1)'; x0=[0,0]; options=optimset('largescale','off','display','iter','tolx',1e-8,'tolfun',1e-8); [x,fval,exitflag,output,grad,hessian]=fminunc(fun,x0,options) f='exp(x)*(4*x^2+2*y^2+4*x*y+2*y+1)'; ezmesh(f); First-order Iteration Func-count f(x) Step-size optimality 0 3 1 2 1 9 0.717044 0.125092 1.05 2 15 0.073904 10 1.28 3 21 0.000428524 0.430857 0.0746 4 24 0.000144084 1 0.0435 5 27 1.95236e-008 1 0.000487 6 30 6.63092e-010 1 9.82e-005 7 33 1.46436e-015 1 4.91e-008 Local minimum possible. fminunc stopped because it cannot decrease the objective function along the current search direction. Computing finite-difference Hessian using user-supplied objective function. x = 0.5000 -1.0000 fval = 1.4644e-015 exitflag = 5 output =
课程设计任务书 课程名称：电器课程设计题目：交流电磁铁的设计 专业班级： 学生姓名：学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期：2012年月日设计完成日期：2012年月日
目录 第一章手工计算 (1) 1.1 反力特性计算 (1) 1.1.1 电磁铁工作气隙计算 (1) 1.1.2 各部分反力计算 (1) 1.1.3 衔铁各位置反力计算 (2) 1.2 选择电磁铁结构形式并确定设计点 (5) 1.3 电磁铁的初步设计 (6) 1.3.1 确定铁芯尺寸 (6) 1.3.2 计算线圈的匝数 (6) 1.3.3 初算线圈磁势 (6) 1.3.4 计算线圈的尺寸 (7) 1.3.5 分磁环设计 (7) 1.3.6 确定其它结构尺寸 (8) 1.4 性能验算 (10) 1.4.1 线圈电阻 (10) 1.4.2 计算衔铁闭合位置工作气隙磁通 (10) 1.4.3 计算衔铁闭合位置线圈电流 (11) 1.4.4 计算线圈温升 (13) 1.4.5 计算衔铁在设计点的气隙磁通 (13) 1.4.6 计算线圈感抗 (14) 1.4.7 计算线圈电流 (14) 1.4.8 计算线圈反电动势 (15) 1.4.9 计算工作气隙磁通 (15) 1.4.10 计算平均吸力 (15)
1.4.11 计算衔铁闭合位置最小吸力 (15) 1.5 计算电磁铁材料重量及经济重量 (17) 第二章计算机优化设计 (18) 2.1 准备 (18) 2.2计算机优化设计步骤 (18) 2.3计算机优化设计结果 (19) 2.4 反力特性和吸力特性曲线 (21) 第三章制图 (21) 3.1 制图要求 (21) 3.2 电磁铁总装配图 (21) 结语 (22) 附录电磁铁总装配图 (23) 参考文献 (24) 电器课程设计评分表 (25)
实验六 遗传算法与优化设计 一、实验目的 1. 了解遗传算法的基本原理和基本操作（选择、交叉、变异）； 2. 学习使用Matlab 中的遗传算法工具箱(gatool)来解决优化设计问题； 二、实验原理及遗传算法工具箱介绍 1. 一个优化设计例子 图1所示是用于传输微波信号的微带线(电极)的横截面结构示意图，上下两根黑条分别代表上电极和下电极，一般下电极接地，上电极接输入信号，电极之间是介质(如空气，陶瓷等)。微带电极的结构参数如图所示，W 、t 分别是上电极的宽度和厚度，D 是上下电极间距。当微波信号在微带线中传输时，由于趋肤效应，微带线中的电流集中在电极的表面，会产生较大的欧姆损耗。根据微带传输线理论，高频工作状态下（假定信号频率1GHz ），电极的欧姆损耗可以写成（简单起见，不考虑电极厚度造成电极宽度的增加）： 图1 微带线横截面结构以及场分布示意图 {} 28.6821ln 5020.942ln 20.942S W R W D D D t D W D D W W t D W W D e D D παπππ=+++-+++?????? ? ??? ??????????? ??????? (1) 其中πρμ0=S R 为金属的表面电阻率， ρ为电阻率。可见电极的结构参数影响着电极损耗，通过合理设计这些参数可以使电极的欧姆损耗做到最小，这就是所谓的最优化问题或者称为规划设计问题。此处设计变量有3个：W 、D 、t ，它们组成决策向量[W, D ,t ] T ，待优化函数(,,)W D t α称为目标函数。 上述优化设计问题可以抽象为数学描述： ()()min .. 0,1,2,...,j f X s t g X j p ????≤=? (2)
燕山大学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：超声波换能器优化设计与实验 学院（系）：里仁学院 年级专业：工业自动化仪表2班 学生姓名：孙骏 指导教师：童凯 完成日期： 2013年3月27日
一、课题国内外现状 超声技术出现于20世纪初期.它是以经典声学理论为基础,同时结合电子学、材料学、信号处理技术、雷达技术、固体物理、流体物理、生物技术及计算技术等其他领域的成就而发展起来的一门综合性高新技术学科。近一个世纪的发展历史表明,超声学是声学发展中最为活跃的一部分,它不仅在一些传统的工农业技术中获得广泛应用,而且已经渗透到国防、生物、医学及航空航天等高技术领域。 超声技术已成为国际上公认的高科技领域.随着科学技术的发展,超声技术必将在我国的国民经济建设中发挥越来越大的作用。超声换能器是超声技术中的一个重要组成部分,其研发水平直接决定了超声技术的发展及应用广泛程度。超声换能器的研究是一门综合技术,其发展与现代科学技术密切相关.电子技术、自动控制技术、计算机技术以及新材料技术是影响超声换能器发展水平的一些重要的高新技术。 1、超声换能器的种类 目前超声换能器的种类有很多。按照能量转换的机理和所用的换能材料,可分为压电换能器、磁致伸缩换能器、静电换能器(电容型换能器)、电磁声换能器、机械型超声换能器等.按照换能器的振动模式,可分为纵向(厚度)振动换能器、剪切振动换能器、扭转振动换能器、弯曲振动换能器、纵-扭复合以及纵-弯复合振动模式换能器等。按照换能器的工作介质,可分为气介超声换能器、液体换能器以及固体换能器等.按照换能器的工作状态,可分为发射型超声换能器、接收型超声换能器和收发两用型超声换能器。按照换能器的输入功率和工作信号,可分为功率超声换能器、检测超声换能器、脉冲信号换能器、调制信号换能器和连续波信号换能器等.按照换能器的形状,可分为棒状换能器、圆盘型换能器、圆柱型换能器、球形换能器及复合型超声换能器等。另外,不同的应用需要不同形式的超声换能器,如平面波超声换能器、球面波超声换能器、柱面波超声换能器、聚焦超声换能器以及阵列超声换能器等等。 2、超声换能器的性能参数 超声换能器是一种能量转换器件,其性能描述与评价需要许多参数。超声换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、
福建农林大学金山学院实验报告 系（教研室）：信息与机电工程系专业：机械设计制造及其自动化年级：2008 实验课程：优化设计姓名：学号：实验室号：_1# 607 计算机号：实验时间：指导教师签字：成绩： 一、实验目的 通过实验教学加深学生对优化设计方法的理解，培养学生程序调试和出错处理的能力，提高学生应用优化设计方法和程序设计的能力。 本实验课程的基本要求： 1）熟悉VB集成开发环境的使用，掌握设计程序和调试程序的基本方法。 2）掌握一些重要优化算法，并具有较强的编程能力和解决实际优化问题的能力。 3）具有设计简单综合应用型程序的能力。 二、实验内容及进度安排 1、进退法2学时 2、黄金分割法2学时 3、基于最优步长的坐标轮换法2学时 4、鲍威尔法4学时 三、实验设备 微型计算机100台以上，并已安装Visual Basic 6.0。 四、实验要求 1. 设计程序总体编程结构，根据程序N-S图，设计编写出程序； 2. 完成程序调试，并进行实验结果分析； 3. 完成实验报告。 五、实验注意事项 1. 树立严肃认真、一丝不苟的工作精神，养成实验时的正确方法和良好习惯，维护国 家财产不受损失； 2. 严格遵守实验室的规章制度，注意保持实验室内整洁； 3. 上机过程中注意保存程序，以免数据丢失，结束后应存储到个人移动设备并关闭计 算机； 4. 认真做好上机前的准备工作，实验后认真完成实验报告。 六、实验操作步骤及方法 （一）.上机前的准备工作包括以下几个方面 1.复习和掌握与本次实验有关的教学内容。 2.根据实验的内容，对问题进行认真的分析，搞清楚要解决的问题是什么？给定的条件 是什么？要求的结果是什么？需要使用什么类型的数据（如整型、实型、双精度型、字符型等）？制定好程序总体编程结构。 3.根据程序N-S图，设计、编写出程序，在纸上编写好相关功能的事件代码。
超声造影剂声学特性的优化设计与实验测定1 宗瑜瑾，万明习，王素品，陈红 西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室，生命科学与技术学院，西安(710049) E-mail：mxwan@https://www.doczj.com/doc/066507668.html, 摘要：本文基于超声造影剂微泡在声场中的理论振动模型，建立了用于对超声造影剂的声学特性进行优化设计与分析的计算机辅助设计系统。利用该系统，从理论上计算和估计不同的微泡半径、声压等参数对微泡的基波和二次谐波的影响，以得到获得最佳二次谐波特性的声学条件。并在此基础上，对优化条件下超声造影剂的声学特性进行了体外声学实验测定。实验结果表明，该优化设计系统的计算结果在一定范围内能够与实验结果较好地吻合，可从理论上对造影剂的制备和应用进行指导。 关键词：超声造影剂，声压，基波，二次谐波 1．前言 与其它成像模式中造影剂的作用类似，超声造影剂(Ultrasound contrast agent, UCA)是一类能够显著增强医学超声成像信号的诊断试剂。由于超声造影剂与周围组织的声阻抗差高、共振散射强，可显著增强在组织背景下血液流动中UCA的散射信号，所以在微血管血流灌注成像方面具有很大的潜力[1-5]。目前，超声造影剂已从当初的自由气泡发展成为蛋白质、表面活性剂、脂类或聚合物等包膜并包裹高分子量难溶气体的微泡。包膜的存在增加了微泡的“寿命”，使微泡内的气体不容易溶解、扩散到周围的血液中，提高了微泡的稳定性。但是包膜的存在又影响了微泡在声场中的振动，使得微泡在声场中的行为变得更加复杂[6-9]。 为了能够更好地了解超声造影剂在声场作用下的振动，找到其用于基波增强、谐波成像等不同成像模式时的最佳工作条件。本文基于单个超声造影剂在声场中振动的理论模型，建立了超声造影剂声学特性的优化设计分析系统，用于微泡声学特性的计算机辅助设计和分析。从理论上计算不同声学参数的条件下超声造影剂的半径振动曲线和散射回波，并利用体外声学测试系统测定了自制的JD-95型超声造影剂在不同优化条件下的声学特性。 2．材料与方法 2.1 超声造影剂 本文所用的自制超声造影剂JD-95 是在通入六氟化硫(SF6)气体的情况声 振Span 和Tween等表面活性剂溶液［10］ 制得。采用Multisizer 3颗粒自动分析仪 (Beckman-Coulter公司，美国)测量该造 影剂的粒度分布与浓度，得到其粒度分 布如图1所示，平均粒径为1.495um， 图1 JD-95的粒度分布曲线 90%以上的微泡直径在10um以下，浓 度为3.8×109个/ml。 1本课题得到国家自然科学基金（No.30270404，69925101）及国家863计划（No. 2004AA218020）项 目的资助。
实验优化设计考试答案 精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
第一题 考察温度对烧碱产品得率的影响，选了四种不同温度进行试验，在同一温度下进行了5次试验（三数据见下表）。希望在显着性水平为。 1.SSE的公式 2.SSA的公式 3.将表格粘贴进Excel，然后进行数据分析，勾选标于第一行，显示在下面 P=，远小于，所以是显着 的 4.打开Minitab，复制表 格，“统计”“方差分 析”“选单因素未重 叠”“响应 C1C2C3C4” 点击“比较”勾选第一 个，确定 结果: 工作表 3 单因子方差分析: 60度, 65度, 70度, 75度 来源自由度 SS MS F P 因子 3
误差 16 合计 19 S = R-Sq = % R-Sq（调整） = % 平均值（基于合并标准差）的单组 95% 置信区间水平 N 平均值标准差 ------+---------+---------+---------+--- 60度 5 (------*------) 65度 5 (------*------) 70度 5 (------*------) 75度 5 (------*------) ------+---------+---------+---------+--- 合并标准差 = Tukey 95% 同时置信区间 所有配对比较 单组置信水平 = % 60度减自: 下限中心上限 ------+---------+---------+---------+--- 65度 (------*------) 70度 (------*-----) 75度 (------*------) ------+---------+---------+---------+--- 65度减自: 下限中心上限 ------+---------+---------+---------+--- 70度 (------*-----) 75度 (------*------) ------+---------+---------+---------+--- 70度减自:
声波发生器与换能器的匹配设计 超声波发生器与换能器的匹配设计 选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：陈思忠 、匹配概述超声波换能器与发生器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因, 造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。 、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载RI' 上的输出功率表达式为： 式中，VAm为等效负载上的基波幅度; vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故 为了保证系统有一定功率余量（因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po'需要乘上一个约等于1. 4—1. 5的系数。即输出功率po为1. 5Po'; 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL'。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为 n/m则输出功率PO时的初级电阻
举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W设直流电VCC为 220V, VCES=10V功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W则变压器初级的 6.5 Q 若换能器谐振时等效电阻RL= 200Q,则输出变压器次级/初级圈数比 以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。 输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B,高导磁率卩，高电阻率pc 和低矫顽力He的高饱和材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点： 1. 工作磁通密度B的选取 铁芯材料的磁感应增量4B愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R也愈小，从而线圈的铜损Pm也愈小。4B取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度B W Bs/ 3为宜，这里Bs为磁芯的最大和磁通密度。 2. 要保证初级电感量足够大 一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：WLl> 15RL'，其中RL'为次 级负载所算到初级边的等效电阻值，WLl为初级电感感抗，若初级电感 量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。 3. 要考虑“集肤效应”的影响 在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方法。 三、调谐匹配 由于压电换能器有静电容Co,磁致伸缩换能器有静电感L0,在换能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角?，其输出功率pg
优化设计实验指导书 潍坊学院机电工程学院 2008年10月 目录
实验一黄金分割法 (2) 实验二二次插值法 (5) 实验三 Powell法 (8) 实验四复合形法 (12) 实验五惩罚函数法 (19)
实验一黄金分割法 一、实验目的 1、加深对黄金分割法的基本理论和算法框图及步骤的理解。 2、培养学生独立编制、调试黄金分割法C语言程序的能力。 3、掌握常用优化方法程序的使用方法。 4、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 二、实验内容 1、编制调试黄金分割法C语言程序。 2、利用调试好的C语言程序进行实例计算。 3、根据实验结果写实验报告 三、实验设备及工作原理 1、设备简介 装有Windows系统及C语言系统程序的微型计算机，每人一台。 2、黄金分割法(0.618法)原理 0.618法适用于区间上任何单峰函数求极小点的问题。对函数除“单峰”外不作 其它要求，甚至可以不连续。因此此法适用面相当广。 0.618法采用了区间消去法的基本原理，在搜索区间内适当插入两点和，它们把 分为三段，通过比较和点处的函数值，就可以消去最左段或最右段，即完成一次迭代。 然后再在保留下来的区间上作同样处理，反复迭代，可将极小点所在区间无限缩小。 现在的问题是：在每次迭代中如何设置插入点的位置，才能保证简捷而迅速地找到极小点。 在0.618法中，每次迭代后留下区间内包含一个插入点，该点函数值已计算过，因此以后的每次迭代只需插入一个新点，计算出新点的函数值就可以进行比较。 设初始区间[a,b]的长为L。为了迅速缩短区间，应考虑下述两个原则：（1）等比收缩原理——使区间每一项的缩小率不变，用表示(0<λ<1)。 （2）对称原理——使两插入点x1和x2，在[a,b]中位置对称，即消去任何一边区间[a,x1]或[x2,b]，都剩下等长区间。 即有 ax1=x2b 如图4-7所示，这里用ax1表示区间的长，余类同。若第一次收缩，如消去[x2,b]区间，则有：λ=(ax2)/(ab)=λL/L 若第二次收缩，插入新点x3，如消去区间[x1,x2]，则有λ=(ax1)/(ax2)=(1-λ)L/λL
机械优化设计实验指导书 实验一用外推法求解一维优化问题的搜索区间 一、实验目的： 1、加深对外推法（进退法）的基本理论和算法步骤的理解。 2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。 3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 二、主要设备及软件配置 硬件：计算机（1台/人） 软件：VC6.0（Turbo C） 三、算法程序框图及算法步骤
外推法（进退法）程序框图1-1 图 算法程序框图：如图1-1所示。 算法步骤：（1）选定初始点a1=0, 初始步长h＝h0，计算 y1＝f(a1)， a2=a1＋h,y2＝f(a2)。 （2）比较y1和y2: （a）如y1≤y2, 向右前进；，转（3）； （b）如y2＞y1, 向左后退；h＝－h，将a1与a2，y1与y2的 值互换。转（3）向后探测； (3）产生新的探测点a3＝a2＋h，y3＝f(a3); (4) 比较函数值 y2和y3： （a）如y2>y3, 加大步长 h＝2h ，a1=a2, a2=a3,转（3）继续探测。 （b）如y2≤y3,则初始区间得到：a=min[a1,a3]， b=max[a3,a1]， 函数最小值所在的区间为[a， b] 。 四、实验内容与结果分析 1、根据算法程序框图和算法步骤编写计算机程序; 2-8x+9的搜索区间，初始点a1=0,、求解函数f(x)=3x初始步长h0=0.1; 23、如果初始点a1=1.8,初始步长h0=0.1,结果又如何？ 4、试分析初始点和初始步长的选择对搜索计算的影响。
实验二用黄金分割法求解一维搜索问题 一、实验目的： 1、加深对黄金分割法的基本理论和算法步骤的理解。 2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。 3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 二、主要设备及软件配置 硬件：计算机（1台/人） 软件：VC6.0（Turbo C） 三、算法程序框图及算法步骤 黄金分割法程序框图图1-2 1-2所示。算法程序框图：如图算法步骤：。0.618及收敛精度ε，将λ赋以b]，[a）给出初始搜索区间1． 2）按坐标点计算公式计算a1,a2；并计算其对应的函数值y1,y2。 3）根据区间消去法原理缩短搜索区间。为了能用原来的坐标点计算公式，需进行区间名称的代换，并在保留区间中计算一个新的试验点及其函数值。 如果y1≥y2，则新区间＝[a1 b]，a=a1,a1=a2,y1=y2,
燕山大学 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：超声波换能器优化设计与实验 学院（系）：里仁学院 年级专业：工业自动化仪表2班 学生姓名：孙骏 指导教师：童凯 完成日期：2013年3月27日
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 （一）本课题研究意义 超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件。最早的超声换能器是P.郎之万(P1L angevin) 在1917 年为水下探测设计的夹心式换能器。这个换能器是以石英晶体为压电材料, 用两块钢板在两侧夹紧而成的。1933 年以后出现的叠片型磁致伸缩换能器, 强度高、稳定性好、功率容量大, 迅速取代了当时的郎之万换能器。到了50 年代, 由于电致伸缩材料钛酸钡铁电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷的研制成功, 使郎之万型超声换能器再度兴起。目前压电超声的应用范围很广, 且对超声测量精度、测量范围、超声功率以及器件的微小化程度的要求越来越高。目前妨碍超声广泛应用的原因是缺少适用、可靠、经济、耐用的超声换能器。但是超声换能器历来是各种超声应用的关键部件, 其性能描述与评价需要许多参数。超声换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、频率特性、指向性、发射及接收灵敏度等等。不同用途的换能器对性能参数的要求不同,例如,对于发射型超声换能器,要求换能器有大的输出功率和高的能量转换效率；而对于接收型超声换能器,则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等。因此，在换能器的具体设计过程中，必须根据具体的应用,对换能器进行性能测试实验与分析，从而进行合理的设计与优化。 （二）国内外研究动态 1、超声压电材料的发展 (1)压电复合材料换能器：目前压电陶瓷是超声换能器中最常用的材料，具有机电转换效率高、易与电路匹配、性能稳定、易加工和成本低等优点得到广泛应用。同时，压电陶瓷材料也存在声特性阻抗高，不易与人体软组织及水的声阻抗匹配；机械品质因数高，带宽窄；脆性大、抗张强度低、元件成型较难及超薄高频换能器不易加工等缺陷。20世纪70年代美国Newnham 等J开始对复合材料的研究，复合材料是将压电陶瓷和高分子材料按一定的连通方式、一定的体积比例和一定的空间几何分布复合而成，目前研究和应用最广泛的为l-3型压电复合材料，其具有高灵敏度、低声特性阻抗、较低的机械品质因数和容易成型等特性。复合材料超声换能器可实现多频率成像、谐波成像和其他非线性成像，其性能明显优于压电陶瓷材料制作的换
超声波换能器一般有磁致伸缩换能器和压电晶 体换能器两类。 属于磁致伸缩的有镍片换能器和铁氧体换能器。铁氧体换能器的电声转换效率比较低。一般使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力。镍片换能器的工艺复杂，价格昂贵，所以至今很少使用［１］。 目前，广泛使用压电晶体换能器。这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。常用的材料有石英晶体、钛酸钡（ＢａＴｉＯ ３ ） 和锆钛酸铅（ＰｂＴｉＺｒＯ ３ ，简称ＰＺＴ）。 石英晶体的伸缩量太小，３０００Ｖ电压才产生０．０１μｍ以下的变形。钛酸钡的压电效应比石英晶体大２０～３０倍，但效率和机械强度不如石英晶体。锆钛酸铅具有二者的优点，一般可用作超声波清洗，探伤和小功率超声波加工的换能器［２］。 一、锆钛酸铅的结构与相图 锆钛酸铅是ＡＢＯ ３ 型钙钛矿结构的二元系固溶 体，其化学式为Ｐｂ（Ｚｒ ｘＴｉ １－ｘ ）Ｏ ３ 。晶胞中的Ｂ位置可 以是Ｔｉ４＋，也可以是Ｚｒ４＋。由于Ｔｉ４＋的离子半径（０．６４埃）和Ｚｉ４＋离子半径（０．７７埃）相近，且两种 离子的化学性能相似，所以ＰｂＴｉＯ ３与ＰｂＺｒＯ ３ 能以 任何比例形成连续固溶体。对于锆钛比例不同的固溶体，由于其内部条件不同，所以结构和性能也不同。从研究它的相图可知，在相变温度以下。在难同型相界的右边（即富钛一边），固溶体为四方晶相；相界的左边（即富锆那一边）为三角品相。这两种晶相的晶体都具有压电效应。且四方晶相的自发极化方向沿晶胞伸长的轴；三角品相的自发激化方向则活品胞的空间对角线方向。 在相变温度以下，铬钛比１００／０到９４／６的狭窄范围内，固溶体属反铁电正交结构，无压电效应［３］。 在生产设计上，根据各种压电器件对材料性能的不同要求，可以选用不同的锆钛比成分来配方。例如，要求高Ｋｐ（机电耦合系数），高∈（介电常数）的材料，就需要选择铬钛比个相界附近的配方；如果要求高Ｑｍ（机械品质因数），低Ｋｐ的材料，就往往选取离开相界的铬钛比的配方。所以，ＰＺＴ压电陶瓷材料的性能可以通过改变锆钛比来进行调节。 二、锆钛酸铝陶瓷材料的改性 改变ＰＺＴ中Ｚｒ／Ｔｉ的比值，可以调整陶瓷材料的性能参数。但是仅用这种方法得到的材料，还不能满足实际应用的要求。例如，在许多场合下同时要求具有高的Ｋｐ和Ｑｍ。仅用这种改变组分的办法是很难达到的。 在生产和科研中，往往采用掺杂来改进ＰＺＴ陶瓷材料的性能。按在固溶体化合物中添加金属离子化合价与被置换离子化合价相比，分成等价离子置换和不等价离子置换。不等价离子置换又分为高价离子置换和低价离子置换［４］。 １、等价离子置换 这是指用与Ｐｂ２＋、Ｔｉ４＋或Ｚｒ４＋化合价相等、离子半径相近的金属离子置换ＰＺＴ中正常晶格中少量ｐｂ２＋，Ｔｉ４＋或Ｚｒ４＋，形成取代式固溶体。其结构仍然是钙钛矿型结构，但其物理性能、电性能发生变化。 常用来取代ｐｂ２＋的碱土金属高于有Ｓｒ２＋，Ｃａ２＋，Ｂａ２＋和Ｍｇ２＋等。这种部分置换ｐｂ２＋后，ＰＺＴ陶瓷材料性能的变化规律是： ａ．居里温度Ｔｃ降低； ｂ．介电系数∈显著增大，压电系数ｄ １ 、机电耦合系数Ｋｐ、及陶瓷密度有所增加； Ｃ．导致ｃ／ａ比值降低，即各向异性减少； ｄ．改变准同型相界位置。 有时为了得到性能更优的ＰＺＴ陶瓷材料，还可 超声波换能器材料的设计与研究 湘潭大学机械工程学院 （４１１１０５） 周里群 李玉平 摘 要 本文就超声波换能器所用材料进行了分析与讨论，介绍ＰＺＴ的结构、相图与制备方法，重点对ＰＺＴ的掺杂改性进行了研究与总结，最后介绍了关于ＰＺＴ的当前的研究热点与研究方向。 关键词 ＰＺＴ 换能器 超声波