基于iSIGHT的船舶多学科综合优化集成平台的建立

传统船舶设计方法无法兼顾各学科之间的协调平衡,也无法使所设计船舶的系统综合性能达到最优.因此,提出将多学科综合优化技术应用到船舶设计当中是解决上述问题的有效途径.在介绍ISIGHT软件的功能特点基础上,利用ISIGHT软件经二次开发将船型参数化调和模块、静水力计算及输出模块、性能计算模块集成在一个平台上,初步建立了对船舶主尺度及线型优化的多学科综合优化集成平台.以集装箱船的优化为例对该平台进行了验证.

基于iSIGHT平台的车辆动力传动系统联轴器刚度优化研究

为减小传动系统扭振响应,基于iSIGHT优化设计平台,集成自编的车辆动力传动系统扭振分析程序建立了反映系统振动的多目标优化模型。该模型以联轴器刚度为设计变量,以多个轴段的附加扭振应力最小为目标,采用Pointer全能优化器求解,实现了联轴器刚度优化设计。优化后,扭振角位移及轴段附加扭振应力都显著减小。结果表明,通过iSIGHT优化平台集成扭振分析程序,形成了一个快速有效的优化系统,对车辆动力传动系统联轴器刚度的设计具有指导意义。

基于iSight平台的汽轮机低压排汽缸气动优化设计

采用iSight优化设计平台构建了1个汽轮机低压排汽缸全三维粘性气动优化设计系统,该系统耦合了参数化建模、CFD分析与组合优化技术.采用该系统分别对具有轴对称和非轴对称2种不同结构导流环的汽轮机低压排汽缸进行了气动优化设计.优化后与原型设计相比,具有轴对称导流环的排汽缸平均静压恢复系数提高了21.21%,具有非轴对称导流环的排汽缸平均静压恢复系数提高了45.46%,表明该系统能有效地提高汽轮机低压排汽缸的气动性能.

应用Isight的复合材料桁架结构优化设计

轻质复合材料及其结构以其优异的力学性能在航天航空飞行器上得到了广泛应用。考察玻璃纤维/环氧复合材料方形截面桁架在典型弯曲载荷工况条件下的非线性结构承载性能。采用Isight集成平台对桁架结构进行多参数优化设计,获得满足结构刚度和承载性能要求的最轻质桁架结构的几何参数,并分析最优化结构在载荷作用下的结构非线性响应行为。结果表明采用Isight平台对桁架结构进行多参数优化设计具有较高的效率和可信度。

基于多岛遗传算法的大流量离心泵水力性能优化研究

离心泵的效率和汽蚀性能是关系到离心泵能效和稳定性的关键指标,本文以Isight多学科优化平台为基础,将参数化建模、网格划分、数值计算、优化分析等水力设计流程有机结合,构建了离心泵自动优化设计平台。以效率指标和汽蚀余量为目标函数,采用多岛遗传算法对比转速为202m, m^(3)/s的大流量离心泵进行了多目标性能优化。结果表明:多岛遗传算法能够有效提升大流量离心泵水力性能,其主要表现为离心泵设计效率提高0.4%,小流量工况效率整体提高2%~3%,设计工况汽蚀余量降低3m。

基于Isight的多学科随机搜索优化方法

针对多学科设计优化算法中各子系统间的耦合问题,提出基于随机搜索法的多学科设计优化策略。在各子系统独立分析优化的基础上,构造选择函数,在随机生成的点群中得到理想耦合点,克服了传统的基于敏度的解耦方法的局限性,并拓宽了寻找理想耦合点的空间,以理想耦合点作为参考,构造耦合函数作为子系统优化目标,从而不断调整子系统的优化目标,运用多目标优化策略对子系统进行优化,使子系统之间的耦合关系得到改善。基于Isight优化平台,集成多种学科分析工具,构建了多学科随机搜索优化算法,并在塔式立体车库的优化设计中对该优化方法进行了验证。

基于ISIGHT平台的大型空间望远镜主镜主动光学系统研究

为了实现大型空间望远镜的高成像质量,建立了主镜主动光学系统模型。对主镜面形校正的算法、主镜面形校正的精度以及主镜面形校正能力等进行研究。首先,对主镜面形校正的算法进行研究。对主镜的镜体结构和支撑方案进行设计,建立了主镜有限元模型。构造了单位主动力矩阵和主镜面形响应矩阵。采用广义逆矩阵法求得了主镜面形校正矩阵。接着,采用多学科分析平台Isight建立主镜面形校正精度模型,以慧差为例,分析了主镜面形校正的准确性。最后,采用Isight平台建立了主镜面形校正能力分析模型,以低阶像散为例,分析了在促动器最大调整力为100N时,主镜面形的校正能力。分析结果表明:主镜慧差的校正精度为4%;力促动器能校正0.467个波长的像散。主镜面形校正算法及模型基本准确,可用来进行主镜面形校正。

基于Isight平台的蜗壳式混流泵多目标优化设计

为了提高设计工况下蜗壳式混流泵的水力性能,选定了蜗壳部分设计参数结合NSGA-II优化算法,以提高水力效率和扬程为目标,利用数值模拟技术对混流泵蜗壳进行了多目标优化。通过多学科优化平台Isight得到一组Pareto最优设计参数解,并结合水力性能对比试验,发现优化后设计工况下混流泵较原型泵水力效率提高了约3.02%,扬程提高了约2.81%,并拓宽了混流泵的高效区,验证了此优化方法的可行性。由内流场模拟结果可以得出:优化后的蜗壳式混流泵第Ⅷ断面面积减小了1.296%,增大了隔舌安放角和扩散管长度,削弱了隔舌处的旋涡、回流现象,并改善了泵体内流体静压分布情况。研究成果对该类混流泵蜗壳设计有一定的参考意义。

基于iSIGHT平台桥式起重机小车架多学科集成研究

针对国内对起重机轻量化研究不够深入的情况,以160T桥式起重机小车架为例,利用SOLIDWORKS和AN-SYS软件,基于iSIGHT设计平台,集成小车架参数化设计系统,实现了小车架多学科设计优化的外层框架,创造了针对需要进行有限元分析的实体造型进一步进行结构设计优化的通用软件运行环境,确定了使小车架质量最轻时的各主要梁结构的板厚尺寸,达到了减轻该桥式起重机小车架结构质量的目的,为实现我国起重机快速有效的轻量化设计提供一定的实例依据。

Isight在博弈多目标优化中的应用

复杂多目标优化设计中常遇到性能目标与设计变量之间不具有显式的函数关系式,难以直接运用传统优化方法进行设计求解,且存在多个性能目标相互耦合,设计周期长等问题.针对这些问题,提出一种Isight的博弈多目标优化设计方法,在Isight优化平台下集成Solidworks软件和Ansys软件进行建模与分析,运用博弈论思想分别建立合作博弈框架和非合作博弈框架,用遗传算法对模型进行求解获得优化解,并以悬臂梁多目标优化设计进行示例说明.

ISIGHT平台下基于KISSsoft的齿轮接触强度可靠性分析方法

齿轮作为传动装置中的核心部件,传动时齿面上的接触应力大小对机械产品的性能和寿命具有重要影响。本文以传动装置中的一对斜齿轮副为研究对象,采用KISSsoft软件进行齿轮接触应力的仿真分析,并通过Visual Basic语言调用KISSsoft软件建立齿轮的参数化模型,实现齿轮接触应力分析的参数化和自动化。在此基础上借助ISIGHT优化设计平台实现齿轮接触强度的可靠性分析和参数灵敏度分析。分析结果表明,本文所提方法具有非常好的工程适用性,能够充分考虑输入变量的随机不确定性,准确分析出在输入参数分散性存在下齿轮接触应力强度可靠性结果,并能给出各随机参数对接触应力的影响规律。本文的分析方法具有广泛适用性,可为其他类型的齿轮接触强度可靠性分析提供技术参考。

基于Isight集成平台的轨道弹条扣件优化设计

针对轨道弹条扣件断裂率较高的问题,使用ABAQUS进行有限元分析,计算弹条的应力分布和位移变化情况。为提高弹条优化分析效率,采用正交数组试验设计(design of experiments,DOE),获得对弹条性能影响较大的几何参数。基于Isight平台集成SolidWorks和ABAQUS,利用Python编写仿真流程脚本。在标准安装约束下,以几何参数为设计变量,以弹条优化指标为目标函数,对弹条进行优化设计。结果表明:优化后,弹条质量减少2.1%,最大应力减小9.1%,弹条优化指标提高12.3%,弹条性能提升且在相同弹程下,扣压力满足标准要求,可为弹条设计提供参考。

基于Isight平台的房车空调送风参数优化

为了提高房车空调夏季降温效果,对房车空调的送风温度、速度、角度进行优化研究。利用CFD方法对房车内流场进行数值模拟。应用k-e RNG湍流模型,合理的设置热力学边界条件,并引入太阳辐射模型。以Isight软件为优化平台集成Fluent软件搭建房车夏季降温多目标优化设计流程。通过最优拉丁超立方试验设计方法设计样本点,采用径向基函数神经网络建立近似模型,并结合NCGA遗传算法对不同送风参数进行多目标优化。在Pareto最优解集中选取最优折衷解,并通过CFD仿真和房车静态温度实验对比验证。结果表明:建立的近似模型能很好取代内流场仿真进行多目标优化,优化后的结果使房车内部能够获得更好的气流组织形式,温度场、速度场更加合理。

Isight平台理论与方法及其在产品结构设计与优化中的应用研究

Isight平台是集成、自动化和优化设计过程的通用软件框架,广泛应用于产品结构设计和优化工作中。文章不仅对其理论和方法进行了详细的描述,而且给出了一个工业实例,以说明该平台的应用。结果表明,Isight平台能够集成多种类型的软件,并基于其数据集成和数据处理等能力实现自动分析,与传统的产品设计和优化方法相比具有更大的优势。此外,文章对同类研究问题也具有一定的指导意义和参考价值。

基于ISIGHT的印制电子喷印机工作台多目标优化设计

印制电子喷印机工作台的质量和静动态特性是影响喷印精度的重要因素。在ISIGHT平台上集成Siemens NX和ANSYS,以减轻喷印机工作台结构质量和提高其静、动态特性为优化目标,采用最优拉丁超立方法对设计变量进行试验设计(DOE),利用改进的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化设计。优化结果表明:基于ISIGHT的多目标优化设计方法不仅高效而且可以得到Pareto最优解集,优化后喷印机工作台的质量减轻了33.62%,最大变形减少了44.13%,且一阶固有频率也由43.34 Hz提高到了75.93 Hz。

基于Isight的液力变矩器泵叶优化设计

针对液力变矩器复杂的内流场仿真计算与泵轮叶片优化设计这两类非线性且孤立的计算问题,提出了一种新的叶片优化设计方法。这种方法是在Isight平台上,集成参数化的三维流道模型文件,网格划分文件和流体分析文件,以内置的多岛遗传算法为工具,进行自动优化设计。该方法实现了将LB46液力变矩器泵轮叶片几何形状的优化转化为控制其叶片形状的参数数值优化。将优化结果与实验数据进行对比,证明了该方法的可靠性。

基于MIGA算法的完全对称翼型优化设计方法研究

提出了一种利用6控制点5阶Bezier多项式对完全对称翼型进行表达的参数化设计方法,并通过6个无量纲的横纵坐标控制系数和翼型最大相对厚度控制翼型型线。采用Fortran语言编写翼型参数化设计程序代码,并与ICEM网格划分和Fluent流场仿真一起集成到Isight自动优化平台,利用多岛遗传算法对相应的目标函数进行求解,实现了完全对称翼型的优化设计。以相对厚度为16%的椭圆翼型为参考,取4°、8°和12°为设计攻角,在Re=2.5×10^(6)的条件下,设计得到一款翼型A。与参考翼型对比结果显示,优化翼型A的型线接近菱形,其载荷在x/c∈(0.04,0.3)的区域减小,而在x/c∈(0.3,0.96)的区域增加,沿弦线方向载荷分布更加均衡。此外,在设计攻角下,优化翼型A的升阻比分别增加了28.56%和17.64%,在非设计攻角下,其气动性能也得到显著提升,印证了构建的优化设计方法的可靠性,为其他复杂可逆翼型的优化设计奠定了良好的理论基础。

一种沟槽式制退机结构设计及优化研究

为了减小某炮在射击过程中的受力,依据火炮相关要求,设计一种沟槽式制退机并给出其主要结构尺寸及流液孔面积的计算方法,在满足使用要求的前提下,为使火炮总体布局更加紧凑,以减小制退机的径向尺寸为优化目标,兼顾制退液温升与密封装置的可靠性,基于ISIGHT平台,结合智能优化算法进行寻优计算。结果表明:优化后的制退机各部件径向尺寸均有所减小,在降低后坐力的同时减轻了全炮质量。

基于工况影响的插电式混合动力汽车控制策略优化

根据其城市公交车的运营线路、运行类型及线路覆盖区域,选取20条代表性公交线路上对应的20辆公交车,采集一个月的行驶数据,利用短行程分析法结合主成分分析及优化的K均值聚类算法实现各片段的合理分类,从而拟合出反映这一城市公交车运行特点的行驶工况。利用AVL-Cruise整车仿真平台验证该工况合成的有效性和必要性,同时引入Isight优化平台实现针对该城市公交车整车控制策略关键参数的优化标定。结果表明,控制参数优化后整车综合油耗降低8.7%,与RCP测试的仿真结果相对误差仅为2%,验证了优化后的控制策略的有效性。

基于驾驶特性的纯电动公交车控制策略优化

节能与环保已成为汽车界关注的两大重要问题,为改善纯电动公交车的节能潜力,提出了一种基于优化驾驶员响应的纯电动公交车控制策略,以实现整车续驶里程的提高.利用Isight优化平台中的自适应模拟退火算法,实现对整车控制策略中的驾驶员油门踏板映射曲线、制动踏板映射曲线及整车动力电池充电系数的优化.结果表明:在中国典型城市公交工况下,车辆较优化前的百公里电耗降低了6.38%;0-50 km/h的加速时间和15 km/h的爬坡能力分别提高了4%和3.03%;同时引入快速控制原型测试,验证了该控制策略优化的有效性.