复杂产品的多学科鲁棒协同设计优化方法研究

为了处理好复杂产品各子系统之间的耦合关系以及各子系统的异构性问题,以协同优化(CO)算法为基础,结合系统不确定分析(SUA)方法和近似不确定传播(IUP)方法,构建了多学科鲁棒协同设计优化算法框架。在设计变量的不确定性能够被概率分布函数描述的情况下,此算法框架能够解决复杂产品的设计优化问题。通过对梳齿式微加速度计的多学科鲁棒协同优化设计算例的计算,验证了此算法在输入参数存在微小扰动的情况下能够有效提高设计解的鲁棒性。

城市可持续发展中市政道路与既有建筑的协同优化设计原则

近年来,城市可持续发展已成为全球关注的焦点。城市可持续发展的核心在于如何平衡经济、社会发展与环境保护的关系。当前的市政道路设计与既有建筑的协同优化在实践中通常是分别进行的,缺乏一个整体的协同优化设计原则来指导。本文旨在探讨市政道路与既有建筑在城市可持续发展中的协同优化设计原则,为城市规划和管理提供理论指导,促进城市内部的空间效率和生活质量的提高。通过文献回顾和理论分析的方法,系统整理可持续发展、市政道路设计和既有建筑优化的相关理论和已有研究成果,依托可持续发展的核心原则,构建并优化市政道路设计和既有建筑协同设计的框架。

面向结构形状控制的压电纤维复合薄膜驱动器布局方式与控制参数协同优化设计

能够根据工作环境改变翼面形状的自适应变形能力是未来航空、航天飞行器结构设计追求的重要目标。研究驱动器布局方式以及控制参数的设计技术是实现该目标的关键。以压电纤维复合薄膜(Macro fiber composites,MFC)作为驱动器,研究在一定数量的MFC驱动器条件下,通过驱动器布局与控制参数的协同设计,以实现类翼面平板结构具有理想形状的最优控制设计方法。以驱动器的铺设位置、铺设角度、层数、对称性以及控制电压为设计变量,以驱动器的击穿电压、铺设位置限制等为约束,建立多参数下的协同优化设计模型。数值算例以类机翼平板的弯曲、扭转、弯扭型面作为理想型面,以实际型面与理想型面在81个参考点位置的均方差为评价指标,设计获得弯曲、扭转和弯扭组合型面的均方差分别为9.977×10–5、4.394×10–4和5.308×10–4,实现了较高的变形控制精度。研究了驱动器数量对变形精度的影响,制作了具有6个驱动器的类翼面平板结构测试平台,仿真与试验结果高度吻合,从而验证了所提出的驱动器布局与控制电压协同优化设计模型的有效性和可行性。

协同优化设计的数据库支持系统

由于在协同优化设计过程中,不同学科的子任务在不同的计算机上进行处理,而且各学科之间存在相互耦合的因素,它们之间需要频繁地传递或交换数据等信息才能有效地进行协同寻优.可以利用数据库技术来实现这些信息的传递与存取。

基于互联网的结构系统协同优化设计

许多大型复杂产品的分系统是由异地分布的设计单位分别进行优化设计的,这样组集起来的产品系统并不能得到真正的优化。作者在以往理论研究工作基础上,研发了通过互联网对异地分布式结构系统进行协同优化设计的技术。文章给出了其实现途径、实用软件系统和应用算例。这项研究对于复杂产品的全球化协同设计具有重要意义。

产品族设计中的层次关联协同优化

基于对目前产品族参数设计的研究综述,分析并指出了研究中的不足。针对产品族设计中广泛存在的全局-局部协同优化和关键-从属协同优化问题,提出了基于主从关联结构的层次优化设计理念,以及实现这一理念的方法和模型框架。对模型的数学形式———模糊层次优化做了阐述。

多学科协同与设计优化关键技术研究

传统的设计优化一般主要受到某一个性能或学科的影响,因此造成整体设计优化的结果不理想,甚至互相矛盾,这就使设计优化必然走向系统和总体的设计优化。随着计算技术的发展,人们开始尝试将多学科的设计综合在一起,进行多学科协调优化。本文分析了多学科协同与设计优化关键技术,并提出了协同设计优化的方法,对探讨多学科协调优化有一定的参考价值。

分布式环境下结构动静态协同优化设计

以液压挖掘机工作装置为例,提出了实现结构动静态优化设计的技术路线,并给出了实现有限元分析参数化建模、协同优化建模和协同优化的方法和策略.通过应用分布式协同优化和结构动静态有限元协同分析等策略,在构建的网络计算环境下成功地实现了液压挖掘机工作装置的协同优化设计,且获得了满意的优化结果.

面向压电智能结构精确变形的协同优化设计方法

智能结构集智能材料与传统材料于一体,能够实现结构的主动控制,在航空航天等领域具有巨大的应用潜力.由于其系统复杂且具有多场耦合效应,智能结构的整体式优化设计方法成为结构控制技术研究的关键之一.为了提高压电智能结构的整体性能和变形精度,提出了同时考虑压电驱动器布局(分布位置及角度)和基体结构拓扑构型的协同优化设计新方法.采用多点约束方法 (multi-point constraints,MPC)建立压电驱动器和基体结构的连接,定义一种与测量点目标位移相关的权重函数,以实现结构的精确变形控制.通过协同优化设计,压电驱动器可以获得最优的分布位置及角度,同时基体结构获得最优的拓扑构型,从而提升了压电智能结构系统的整体驱动性能和变形精度.通过进一步分析,研究了精确变形、体分比约束与结构优化构型和整体刚度的关系,以及优化结果中可能存在的传力路径畸变现象.数值算例的设计结果表明,采用协同优化设计方法,能够扩大结构的寻优空间,有效减小变形误差,实现压电智能结构的精确变形控制.

FSAE赛车差速器支撑架可靠性与轻量化协同优化设计

为提高FSAE赛车传动系统差速器支撑架的结构强度并减小其质量,采用协同优化与可靠性分析方法,以安全系数、最大应力和质量作为协同优化目标,选取支撑架的疲劳寿命和最小安全系数为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型;基于有限元分析的样本点数据进行求解,对有限元仿真结果进行拓扑优化并设置结构参数变量。结果表明,优化后结构满足工程设计所需强度和安全要求,在最小安全系数仅减小3.61%的情况下支撑架质量减少7.14%,达到了优化目标。

多学科协同与设计优化关键技术研究及系统开发

传统的设计优化一般主要受到某一个性能或学科的影响,因此造成整体设计优化的结果不理想,甚至互相矛盾,这就使设计优化必然走向系统和总体的设计优化。随着计算技术的发展,人们开始尝试将多学科的设计综合在一起,进行多学科协调优化。研究了多学科协同与设计优化关键技术,并开发了系统,为进行多学科协调优化奠定了基础。通过在企业的实际应用取得了满意的效果。

CAD/CAE协同优化设计在水电工程应用研究

文章通过Isight平台集成Catia三维设计软件和Abaqus有限元分析软件,实现了重力坝非溢流断面CAD/CAE协同优化设计。通过非线性序列二次规划算法给出了较为经济的实用断面。结果表明,通过CAD/CAE一体化技术能够充分利用各软件优势,实现自动化和智能化设计调整,在水电工程中具有一定的推广应用前景。

用于微飞轮的永磁平面微电机多目标优化设计

考虑到尺寸效应对永磁电机磁、热性能的影响,给出了一种用于微小动量飞轮的无铁心无刷永磁平面微电机的多学科设计方法。利用多学科优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,对电机进行多学科设计优化研究。以电机质量、气隙磁密、绕组损耗为优化目标,以几何尺寸、转动惯量等要求作为约束条件进行优化计算。通过多学科设计优化,电机质量减小了28.03%,气隙磁密增加了2.9%,绕组损耗减小了2.6%,提高了设计效率,在永磁微电机的设计中具有现实意义。

基于Isight硫化罐卡箍的结构优化设计

应用CAE软件Proe、Ansys和协同优化设计软件Isight,构建了基于Isight的协同优化设计平台,利用这一平台并基于分析设计的思想,完成了对硫化罐卡箍的结构优化设计。研究表明:在不增加硫化罐卡箍质量的前提下,通过改进其结构参数可以显著改善卡箍的受力状况,最大当量应力可由213.05 MPa降至148.349 MPa,降幅达30.37%,从而为硫化罐卡箍的轻量化设计提供了依据。

硫化罐卡箍的质量优化设计

应用CAE软件Proe,Ansys和协同优化软件Isight,构建了基于Isight的协同优化设计平台,解决了软件之间的数据通信技术问题和设计分析过程的自动化技术问题。并利用这一平台、基于分析设计的思想成功完成了对硫化罐卡箍的质量优化设计,为今后过程装备的改进优化提供了一种技术路线。

用于微飞轮的永磁平面微电机多目标优化设计

考虑到尺寸效应对永磁电机磁、热性能的影响,给出了一种用于微小动量飞轮的无铁心无刷永磁平面微电机的多学科设计方法,即利用多学科优化软件iSIGHT之有限元分析软件Ansys对电机进行多学科设计优化研究,以电机质量、气隙磁密、绕组损耗为优化目标,以几何尺寸、转动惯量等要求作为约束条件进行优化计算。通过多学科设计优化,电机质量减小了28.03%,气隙磁密增加了2.9%,绕组损耗减小了2.6%,提高了设计效率,在永磁微电机的设计中具有现实意义。

干式铁心电抗器电磁-热-结构多物理场耦合仿真及协同优化研究

干式铁心电抗器长期处于电磁、热及应力等物理场中,其温升和振动问题日益严重。为了解决上述问题,提高金属导体材料的利用率,该文提出了干式铁心电抗器多物理场耦合仿真与协同优化相结合的设计方法。首先分析铁心电抗器温升及振动机理,指出影响铁心电抗器温升及振动的主要因素。然后,搭建干式铁心电抗器系统级协同优化模型。温升方面采用包封线圈-气道单元散热效率优化方法,在振动方面采用Kriging近似模型优化方法,通过灵敏性分析将设计变量划分为敏感和不敏感2个层次。最后,采用多岛遗传算法获得最佳的设计,仿真结果验证了优化设计方法的正确性。优化结果表明,该文提出的干式铁心电抗器多物理场协同优化设计方法,在满足电感、温升和振动等参数的前提条件下,绕组和铁心的用量分别减少了17.1%和6.7%,显著提高了金属导体利用率。

机械-液压约束活塞发动机多学科协同优化框架实现

对机械-液压约束活塞发动机多学科协同优化设计框架的原理和要求进行了论述,介绍了框架的实现方法。通过对机械-液压约束活塞发动机曲轴的协同优化,进行了框架测试,使曲轴的质量减少了20%,设计效率明显提高。

基于拓扑优化的车用功率模块Pin-Fin设计方法

集成Pin-Fin散热器可以降低功率模块的结-流热阻,是车用电机控制器热管理的发展趋势。然而,传统参数设计方法无法定量表征Pin-Fin的形貌结构,设计自由度低、设计效果欠佳,难以实现Pin-Fin的热-流协同设计。基于变密度拓扑优化方法,该文提出一种Pin-Fin形貌结构的设计方法,建立Pin-Fin设计的变密度拓扑优化模型,分析模型参数对优化结果和收敛性的影响规律,形成以结-流热阻和冷却液压降为目标的协同优化方法,探索Pin-Fin结构的热-流耦合规律和强化换热方法,得到最优的Pin-Fin散热器形貌结构,搭建变流器实验平台和车用电机控制器样机,对标商业化圆形Pin-Fin结构,以及三角形、菱形和水滴形等其他形貌结构,计及母线电压、负荷电流和冷却液流量的影响,实验结果验证了所提模型方法的可行性和有效性。实验结果表明:基于拓扑优化方法设计的Pin-Fin结构,与传统结构相比可以降低12%的结-流热阻,消除了多芯片结温差异的80%,为车用功率模块和电机控制器研究提供新的思路。

变电站三维协同设计标准的发展与应用

本文分析了变电站三维协同设计模式在变电站设计中的发展与应用,探讨了变电站三维协同设计相比于传统二维设计的优势,并通过实际应用案例,阐述了运用三维协同设计对提升变电站设计效率与质量、优化设计流程与人员配置的作用。