工程机械多学科稳健设计优化

介绍了多学科设计优化、不确定性分析和稳健设计的基本概念和方法。针对工程机械的特点,探讨了一种在多学科设计优化设计框架内进行不确定性分析与稳健设计的新的设计理论和方法:多学科稳健设计优化。它既充分考虑了工程机械系统中各个学科(子系统)之间相互作用所产生的协同效应,使设计能获得系统的整体最优解,同时也考虑了不确定性因素对工程机械质量稳健性的影响,并采用并行设计,有助于提高工程机械的质量及其稳健性和可靠性、缩短产品进入市场周期、降低产品成本。最后,讨论了多学科稳健设计优化的主要研究内容。     

多学科设计优化在建筑工程设计中的应用

针对传统建筑设计阶段重信息执行、轻信息评价的现象,采用多学科设计优化技术,通过分析建筑设计阶段涉及的各学科特性及学科间的耦合关系,建立参数化建筑信息模型,在各局部最优解空间中快速搜索整体优化解.以简单长方形教室为算例,将系统划分为几何、结构、能源和经济4个子模块,给出设计参数与约束条件,并对结构和能源模型的优化做了分析,采用遗传算法加快优化方案的搜寻速度,表明多学科设计优化能有效地促进建筑设计整体的综合性能达到最优.     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.     

多学科混合协同设计优化方法

讨论了在多学科设计优化过程中,层级系统、非层级系统以及它们的子系统之间的相互关系,并将混合系统分成四类.通过建立多学科设计优化过程中各子系统设计变量和目标函数的协同规则,研制了针对混合系统优化设计的多学科混合协同设计优化方法.将此优化方法应用到微机械陀螺的优化设计中,取得了满意的结果.     

多学科优化设计在柴油机设计上的应用

多学科设计优化方法是一种新的针对复杂工程系统设计的获得整体最优设计方案的方法.本文研究如何在柴油机的设计中采用协调优化方法对系统进行建模和多学科综合设计优化,并通过实际的设计应用,证明协调优化方法可以通过合理配置设计参数,实现柴油机的优化设计,综合提高柴油机的经济性、技术性能、可靠性及使用寿命.     

多学科优化技术在鱼雷发动机设计中的应用探讨

多学科优化技术是项新兴的技术,其在航空上研究已取得较大进展,将该技术移植应用于鱼雷发动机优化设计不失为提高鱼雷动力设计水平的好办法。本文简要叙述该技术在鱼雷动力上的应用现状;以及发动机多学科多目标优化技术的研究内容;并以某摆盘式鱼雷发动机经济性作为主要目标进行优化。     

航空发动机多学科设计优化技术研究

多学科设计优化（MDO）是为实现复杂产品设计方法升级换代的最佳技术途径。针对先进航空发动 机设计面临的各学科间耦合关系复杂、指标冲突严重等困难,按零件、部件和总体方案设计３个阶段对MDO的 各项关键技术开展了研究、开发及应用工作,提出了基于MDO技术的航空发动机一体化设计方法。给出的５个 工程应用实例表明,该方法与传统设计方法相比,能大幅提高航空发动机设计水平,具有广泛的工程应用前景。     

机翼气动结构多学科设计优化研究

为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要性.对自适应响应面法进行改进,提出一种基于模糊聚类自适应径向基的全局优化策略,研究了该策略的全局寻优能力和优化效率.运用该优化策略对考虑气动结构耦合分析的大展弦比机翼结构进行多学科设计优化研究.研究结果表明该气动结构耦合分析方法可行有效,并且该优化策略提高了优化效率.     

复杂产品多学科设计优化的视图建模

针对复杂产品学科分划困难以及多学科设计建模中存在的视图一致性问题,提出了以主模型为导向、多学科并行建模的技术路线。介绍了产品的多学科设计优化方法,论证了设计对象功能行为的不同表达是多学科视图模型形成的基础;讨论了多学科视图模型之间协调一致的保证体系。将该方法应用于汽车车身的多学科设计优化,真正实现了设计信息的共享和动态交互,有效改进了产品设计水平。     

基于多学科设计优化的车辆产品族设计

为提高汽车产品平台及产品族性能优化效果并提高开发效率,提出了一种融合共享变量决策和多学科设计优化的产品族优化设计方法.首先,厘清了产品族设计优化的基本概念;然后,建立了产品族优化问题的数学描述和MDO模型;接下来,提出了改进的产品族设计流程;最后,针对某高性能纯电动乘用车产品平台的底盘产品族优化问题,示例了所提出优化方法和设计流程的有效性.结果表明,经过协同优化的产品族能有效处理多产品多目标间的协调问题,相较于非平台化开发,在保证关键性能的前提下能够最大程度提高车型零部件通用化率,充分发挥产品平台化开发的优势.      

基于满意度原理的多学科协同优化

由于多学科设计优化涉及众多复杂因素，各个学科需要满足的约束是不同的，而系统级通常采用一致性约束来保证学科级共享、耦合变量及目标值的一致,在很多情况下共享、耦合变量及目标值满足了约束，但是各个学科获得的并不是本学科的最优解．本文采用满意度原理设计协同优化的系统级目标函数，综合考虑了学科级优化解的满意度和共享、耦合变量及目标值对于一致性约束的满意度，以增强协同优化的综合处理能力．齿轮变速箱优化实例表明该方法是可行有效的．     

基于区间不确定性的多学科可靠性设计

针对随机可靠性设计和多学科设计直接结合中存在的随机可靠性无法解决不确定性信息量较少及直接结合的嵌套结构计算效率较低的问题,采用区间描述有限信息的不确定性,以非概率可靠性指标衡量多学科系统的可靠性,建立了基于区间不确定性的多学科可靠性设计模型.同时,为了提高计算效率,采用性能测量法来减少可靠性分析的计算量,并引入序列优化与可靠性评估方法将三层嵌套的多学科可靠性设计结构解耦为顺序执行的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析过程,降低了计算复杂性.通过一个算例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,相比多学科可行法,单学科可行法的计算效率较高.     

双气室缓冲气囊多学科设计优化

针对某型着落装备着落工况的一种双气室新型缓冲气囊,基于ISIGHT多学科设计优化平台和HYPERMESH,LS-DYNA有限元分析软件以及FORTRAN语言编写的程序,通过组合优化策略对双气室缓冲气囊进行了多学科设计研究.以气囊体积为优化目标,以上气室的高度、初始充气压力和下气室的高度、初始冲气压力、排气压力、排气孔面积、气囊底面积、着落装备过载和最小离地距离等多学科要求同时为约束条件进行了设计优化.结果表明:通过多学科设计优化,在着落装备过载和最小离地距离满足设计要求的同时,气囊体积达到了最小,减小设计周期和减少试验次数,降低研制成本.     

长叶片透平级多学科多目标优化设计

针对长叶片透平级优化问题,结合自适应多目标差分进化算法、基于3次非均匀B样条曲线的曲面造型技术及透平级气动和强度性能分析评价方法,建立了长叶片透平级多学科多目标优化设计系统,其中气动性能评估采用数值求解三维RANS方程完成,长叶片强度分析采用有限元方法完成。长叶片透平级的优化设计目标是比功率最大和最大等效应力最小,设计变量是透平级静叶和动叶型线的三维参数化控制参数。采用所建优化设计系统获得了长叶片透平级的7个多学科优化非受控解(Pareto解)。3个典型的Pareto解与参考叶型进行比较分析显示,优化后Pareto解下的气动和强度性能均优于参考叶型设计方案,从而验证了所建优化设计系统的实用性。     

控制学科在环的主动悬架多学科设计优化

基于多学科设计优化的思想,提出一种控制学科在环的多学科设计优化方法,将控制学科纳入系统的优化回路内,可以充分考虑系统的结构设计和控制学科之间的协同作用,以实现更好的整体优化效果.以主动悬架的设计优化为例,建立了1/4车辆主动悬架模型和LQG控制器模型,并基于多学科可行法的优化框架,进行多学科分析,对结构参数和控制器参数同时进行优化.优化结果表明,该方法能协调悬架动力学和控制学科之间的耦合关系,获取整体最优解.优化后的主动悬架在保证悬架工作空间和轮胎变形在一定的范围内,且不消耗更多能量的前提下,使车身加速度均方根值降低了27%.      

基于响应面法的机翼气动-结构多学科优化设计[DM)〗

应用响应面法进行了弹性机翼的气动-结构多学科优化设计方法研究。以M6机翼为初始机翼,进行了多目标、多约束的气动-结构优化设计,优化后的机翼具有较好的气动-结构综合性能,升阻比增加了9.25%,而重量减轻了4.84%;模型精度满足设计要求。优化结果表明所发展的优化设计方法是成功有效的,具有重要的应用价值。