.曝气机工作原理和性能指标.国内些具有代表性的曝气机产品及其优缺点.优化设计研究现状.优化方法学的发展与研究现状曝气机的结构功能及工作原理详细分析曝气原理分析曝气机性能评价指标的确定.基于曝气机的有限元分析与优化设计.有限元软件概述.软件环境简介软件主要特点.倒伞型曝气机叶片标准与二维图形曝气机的优化设计方法倒伞型曝气机的有限元分析叶片材料的选择叶片的网格模型.总结.参考文献.致谢.绪论．前言技术，即计算机辅助工程稃技术，是个涉及面广集多种学科与工程技术于体的综合性，知识密集犁技术。相应的软件则是包含了数值计算技术数据库计算机图形学工程分析与仿真在内的综合型软件系统。技术的发展动力是技术水平和应用水平的提高，技术的发展条件是计算机及图形显示设备的推出，软件的理论基础是有限元边界元法等现代计算力学方法，其核心内容是计算机模拟利仿真。本文的理论依据来自有限元法。．有限元方法简述结构分析的目的是为了弄清楚结构系统在承受定载荷下的物理响应，以指导结构设计。般来说，结构分析方法可分为两大类经典法和数值法。经典法是精确解法和近似解法。即在给定边界条件下直接采用控制微分方程来求解工程问题，其方程是基于物理原理而建立的。闭合硝精确解仅对几何形状载荷与边界条件最简单的情况才可得到。近似解法是对控制微分方程求得近似解，采用适当截断误差的级数展开式表达。它同样要求有规则的儿何形状简单边界条什以及简单载荷。经典法虽可求得些经典问题，但远离大多数实际工程问题，经典法的主要优点是通过类问题的解来得到对此类问题的深刻认识。数值法有能量法边界元法有限元法等。其中有限元法是近三四十年随着计算机的发展而发展起来的戍用于各种结构分析的数值计算方法。它运用离散概念，把弹性连续体划分为个由若干有限单元的集合体，通过单元分析和组合，得到组联立代数方稃，最后求得数值解，它通过采用多种规则形状的单元米处理实际上无限制的任何问题。这些单元可组合成近似的任何不规则边界。类似地，任何类型的载荷和约束条件也可提供。有限元法是工程上运用最为成功最为广泛的种数值计算法。有限元法的发展历史从数学角度来看，有限元法基本思想的提出，可以从年的开创性工作为标志。他第次尝试应用在三角形区域上的分片连续函数和晟小位能原理相结合，来求解扭转问题。从应用角度来看，有限元法的第个成功尝试，是将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，这是等人在年分析飞机结构时得到的成果。他们第次给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确解答。他们的研究工作打开了利用电子计算机求解复杂平面弹性问题的新局面。年迸步处理了平面弹性问题，并第次提出了“有限单元法”的名称，使人们开始认识有限单元法的功效。年以后，随电子计算机的广泛应用和发展。有限元法的发展速度才显著加快。半个世纪以来，理论上，确认了有限元法是处理连续介质问题的种普遍方法。实践上，有限元法已经应用于许多学科，已由弹性力学平面问题扩展剑空间问题板壳问题。由静力平衡问题扩展剑稳定问题动力问题和波动问题。分析的对象从弹性材料扩展到塑性粘弹性粘塑性和复合材料等，从嗣体力学扩展到液体力学传热学等连续介质力学领域。在工程分析中的作用已从分析和校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合．有限元法在工程结构分析中的应用传统的结构分析往往局限于简化条件下．用解析法求解问题，即将产品结构简化为许多便于计算的“平面结构”或进行截断分解成各个单的零部件。如。轩系柱，板壳块体”等．运用材料力学弹塑性力学等相应理论进行分析，从中得出些计算公式，再按公式计算各处参量。由于作了过多地简化，计算模犁构造得非常简单，计算结果往往粗略，与实际情况相著较大。而有限元方法却能对档体结构建立精确模型进行分析，如飞机船舶桥梁大坝压力容器，海洋平台等。它的主要优点是能较准确描述铍分析物的结构的实际形状约束条件和受力特征。在正确建模的基础上，不仅可以得到较准确的计算结果而且还可对整个结构的麻力应变和位移分布模态等进行可视化观察。由有限元分析所得到的计算结果可作为结构优化的基础。采用有限元分析可以取代以往的以试验方法所进行的力学分析，与试验验证相比，有限元应力分析更容易和更准确地得到诸如应力分布应力水平屈服区域等同时有限元方法可以计算出构件内部的应力这对试验方法来说非常凼雉，人们可以按照点条线或个平面进行强度评定，使得结构的设计和改进具有针对性，达剑既安全又经济的目的。它不但可以解决工程中的线性问题非线性问题，如塑性屈曲蠕变热塑性过屈曲断裂冲击穿透疲劳流固耦合刚柔体耦台等。而且对于各神不同性质的材料，如备向异性，各向同性粘弹性和粘塑性材料以及流体均能求解。另外，对过程中展有普遍意义的非稳态问题也能求解，甚至还可以模拟构件之间的高速碰撞炸药的爆炸燃烧和应力波的传播。有限元法也有不足之处，例如对特殊问题只能求得个具体的数值结果，不能得到不同的参数变化时系统的反馈而且构造个对真实问题尽可能逼近的有限元模型．需要丰富的有限元建模经验和对实际问题的准确判断。这不仅仅是有限元法才有的缺点，而且也不影响有限元法在工程技术领域的广泛应用。到目前为止，人们己非常成功地朋有限元法实现了各式各样工程问题的计算。在机械工稃中，已经计算分析了机床齿轮汽车变速器内燃机曲轴水轮机叶片汽车车架等。所有这些应用都大大地为设计人员提高产品质量。加快新产品研制步伐，节约人工与材料无不起到不可估鼙的作用，由此产生或带来了巨大的社会效益和经济效益。与此同时应运而生的有限元分析软什多达几百种，其中国内外著名的有，等包含了各种条件下的有限元分析程序，它们使用方便，计算精度高．其计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。有限元法的新发展计算机硬件的发展是有限元法赖以发展的基础，其它领域的些新思想新方法已开始引入有限元法。计算技术的最新发展特别是图形和图像处理能力并行计算能力从根本上改变了有限元法在各个领域中应用的深度和广度。随机有限元法。随机有限元法是将概率论随机过程和数理统计引入有限元法，使其数学模型更接近实际，因为它考虑了材料尺寸形状边界条件载荷工作环境等参数所具有的随机性分散性和时间性。随机有限元主要应用于计算机辅助可靠性设计分析随机过程和可靠性分析应用最广泛的疲劳寿命预估和裂纹扩展问题。模糊有限元法。由于有限元建立的结构模型其输入信息如材料性质几何形状边界条件载荷信息方面的不确定性和模糊性，而将模糊数学引入有限元法。模糊有限元法尤其适用于优化设计分析。自适应有限元法。自适应有限元法是种根据中间计算结果自动调整算法以改进求解过程的数值方法。主要有误著估计白适戍网格改进非线性问题中载荷增量的自适应选取及瞬态问题中时间步长的自适麻调帮。网格自动生成专家系统。由于给定问题的计算效率和计算结粟的精确度在相当挥度上取决于计算模型是否合理，包括单元类刑的选用节点的布局网格线的生成载荷的简化以及边界条件的模拟等。冈此，有限元计算的单元节点配置和划分需要相对多的经验和正确的判断，网络自动生成专家系统就冈此而发展起来。基于知识的有限元法。基于知识的有限元法就是基于人智能知识的专家系统有限元法。该系统输入专家的经验年专的知识诀窍，建立了以有限元方法为基础的结构分析辅助系统智能化前端系统和模型化系统，建立了综合模型化数值求解和对数值结果的解释评价于体的基丁．知识的新型分析系统。这些系统可帮助结构分析人员初选模型．自动修改模型和选择用在分析中的合适算法。并行有限元算法。因大型并行计算机和可以作并行处理的微机网络的出现，导致了有限元的分析方法和求解策略的相应变化。为了适应并行处理的多指令，多数据结构，发展了有限元分析的并行化过程，包括有限元分析原有的各个步骤生成单元矩阵组装总体方程求解方程组给出节点位移速度和加速度单元的应变应力及其它响应。运用并行有限元计算可成倍提高有限元法在传统串行计算机上的运行速度，故它是高效能的，使得许多串行计算机和串行算法不能求解或求解不好的大型和巨型复杂工程问题能得到满意解答。．倒伞型曝气机的有限元分析现状虽然在工作中曝气机破坏的可能性比较小，但是它的刚性对曝气机运转的平稳性起着决定作用，而且影响叶片工