指尖密封结构优化策略针对指尖密封的结构特点，将指尖密封结构优化问题定义为定制型线和广义型线两类指尖密封的结构优化。所谓定制型线指尖密封，是指指尖梁的型线为已有明确数学函数描述的基本型线类型。对这类已经定制的型线进行优化研究，主要工作是优化控制型线形状的基本参数。由于控制型线形状的参数较少，所以对定制型线类指尖密封的结构优化，可以将型线形状控制变量与指尖密封的其他几何尺寸变量统一优化，采用的优化方法称为统一优化法。

　　对广义型线指尖密封的结构优化，包括两个方面的优化内容；其一是指尖梁型线形状优化；其二是指尖密封结构尺寸的优化。型线优化，是以指尖梁边界线上各点的坐标为设计变量，通过优化计算得到一系列离散点，再将其拟合成优化型线。这类型线优化的设计空间更大，但由于设计变量较多，且要保证边界点的协调性，优化工作的难度较大。因此，对于广义型线指尖密封的结构优化问题，一般将型线形状变量与结构尺寸变量分成两个设计空间，分别对两类变量交替优化，即每一步固定一类变量，只对另一类变量进行优化，两步之间通过迭代协调得到优化结果，这种方法称为分步优化法。

　　指尖密封系统是由若干个相同的指尖密封片叠置而成，具有所谓群落构造的结构特点。分析指尖密封的组成特征，确定基本构造单元，不仅可以使具有复杂结构的指尖密封优化工作高效进行，而且可以在获得单元优化结构后，根据工程需要沿轴向进行单元叠加，从而形成具有优化效能的指尖密封系统。这样一个基本构造单元可以看做是一个优化单元。

　　根据已有的工作经验，提出双密封片构成作为指尖密封的优化单元。之所以提出这样的优化单元结构，不仅在于双密封片单元反映了指尖密封的基本组成特征，以及具有单元叠加的装配效能，而且在于双密封片单元能够反映变厚度密封片轴向布局对指尖密封性能的影响<5>。以双密封片作为优化分析的*小单元，通过优化分析获得*小单元的优化结构，可以根据工程需要沿轴向进行单元叠加，实现具有优化特征的指尖密封装置。

　　在指尖密封的端面上，一般考虑其为循环对称结构而取一个完整指尖梁区域作为计算区域，指尖密封优化计算区域如所示。

　　优化目标及收敛准则指尖密封结构优化应同时满足低迟滞和低磨损的要求。采用迟滞率c表示指尖密封的迟滞特性，c的定义为：指尖密封在受到径向加载和卸载的一个循环中，卸载后指尖密封的残余径向位移量（迟滞量）与加载位移量之比。在一定的工况条件下，指尖密封的迟滞率越小，则指尖梁与转子间形成的泄漏间隙就越小，泄漏量也就越小。采用综合刚度K反映指尖密封的接触性能，K的定义为：在指尖密封受到上下游压差和径向载荷作用下，指尖靴/转子间的法向接触压力与指尖靴径向位移之比。在一定的工况条件下，K越小，则指尖密封与转子间的接触压力就越小，其磨损量也就越小。因此，指尖密封结构优化设计的目标可以定义为min（1）采用加权法将式（1）所示的多目标函数转化为单目标函数：minF=i（2）这里引入的fi=minfi（x）为原各单目标独立优化时获得的优化解，是各单目标优化的理想解，且设fi>0.Wi为权因子，mi=1Wi=1，00，所以式（2）所示的单目标函数的*优解即为式（1）所示的多目标函数的非劣解。这里尽管fi可能存在着相互矛盾的问题，但搜索的x是使所有fi/fi尽可能地*优平衡这些矛盾。此外这种方式增加了各目标的可比性，避免了各目标量纲差异带来的问题。

　　在构造综合目标F时已得到了原各单目标优化的理想解。当综合目标达到*优时，原各单目标值一般达不到其理想值。为此确定如下收敛准则：从总体优化角度出发，为系统综合目标设定一满意度，只要综合目标满足该满意度，则可认为收敛。根据mi=1Wi=1，则F=1为系统综合目标的理想值。由于一般fi/fi>1，故F>1.令s=F/F，s称为满意度函数，显然s<0，1>.当F/F大于或等于某一规定的满意度时，即可收敛。

　　定制型线指尖密封结构优化以一种渐开线型线指尖密封为例，说明定制型线指尖密封结构优化的思想和方法。优化模型设定的优化目标函数为minF=Wc（3）式中：c>0；W为加权系数，且0　　算例取上下游压差P为01MPa、转子径向跳动量为004mm，权因子W为05，用统一优化法对渐开线型指尖密封进行优化。其他有关结构参数和材料属性为：转子半径rr=75mm；指尖梁根圆半径re=8465mm；指尖梁外圆半径rw=9875mm；指尖材料弹性模量E=207（105MPa；摩擦系数f=02；泊松比=03.利用ANSYS软件的零阶优化方法对上述模型进行优化分析。