考虑不确定性的多学科设计优化分解方法

为提高不确定性情况下多学科设计优化分解的合理性,研究不确定性因素对分解目标的影响,提出了考虑不确定性的多学科设计优化分解方法.首先将布尔型函数关系矩阵扩展为"相关性一规模"两层函数关系矩阵,给出了规模矩阵元素与设计变量不确定性的定量关系.然后针对该矩阵提出了任务规模、任务平均度和任务耦合度的概念,给出了三者的计算方法.在此基础上分析确定了优化目标、约束条件、优化变量,建立了整数规划模型,并应用遗传算法进行求解.最后以齿轮减速器为例进行分解,分解结果证明了本方法的合理性与先进性.     

Multidisciplinary robust design optimization based on time-varying sensitivity analysis

Journal of Mechanical Science and Technology - The performance of complex mechanical systems often degrades over time primarily due to time-varying uncertainties. Improving the design of such...     

Multidisciplinary design optimization of a structurally nonlinear aircraft wing via parametric modeling

In this study, the optimization of an aircraft wing design was conducted using multidisciplinary design optimization (MDO), which integrates aerodynamic and structural analysis in considering nonlinear structural behavior. Automation is an absolute necessity to make the MDO framework practical for actual engineering optimization problems. The objective of this research was to develop a fully automated MDO framework in which the entire process is automated through a parametric-modeling approach. The computational fluid dynamics (CFD) grid was generated automatically from parametric modeling using CATIA and Gridgen, followed by automatic flow analysis using FLUENT. The computational structure mechanics (CSM) grid was generated automatically by the parametric methods of CATIA and MSC/Patran. The structure was analyzed by ABAQUS considering the deformation nonlinearity, and the aerodynamic load was transferred from the CFD grid to the CSM grid using the volume spline method. The response surface method was applied for optimization, which helped achieve the global optimum. The developed MDO framework was applied to a wing optimization problem in which the objective was wing weight and the constraints were the lift-drag ratio, wing deflection, and structural stress level. The aspect ratio, taper ratio, quarter-chord sweep angle, skin thickness, and spar flange area were the design variables. The optimization design result demonstrated a successful application of the fully automatic MDO framework.     

多学科优化集成设计框架

多学科设计优化 (MultidisciplinaryDesignOptimization—MDO)方法是解决复杂工程系统设计的有效方法 ,实施多学科优化方法的软件框架称之为多学科优化环境 ,介绍国内外在多学科优化集成设计框架的研究现状 ,以及我所正在开发的产品协同优化平台 (CoLlaborativeOptimizationVector CLOVE)。     

基于多学科设计优化技术的导弹方案设计

多学科设计优化技术当前主要作为传统设计过程的补充,存在较大的局限性.为此,在导弹方案设计全过程引入了多学科并行设计思想,建立了包含两阶段的多学科设计优化流程,在多学科设计阶段形成基准方案,在多学科优化阶段完成基准方案的可行化与最佳化.建立了支持两个设计阶段的五种模型,并分析了基于这些模型描述多学科设计和多学科优化问题的方法.根据所研究的设计流程和建模方法,提出了建立四层体系结构的总体设计软件框架的思想.最后,在Visual C++开发环境下,开发了面向导弹总体设计的多学科设计优化原型系统.     

基于6σ的多学科设计优化

在实际的工程问题中,总是不可避免地遇到一些不确定因素,导致许多优化策略无法用数学模型来体现这些不确定因素,从而造成结果分析错误或不全面．因此引入面向6σ概率设计(DFSS,σ为随机变量的标准偏差)方法,对其算法原理进行了阐述和分析,并且采用多学科设计优化(MDO)高层优化算法框架来支持DFSS设计,从而可以有效避免DFSS在处理复杂问题时串行处理的缺点,将涉及多学科的复杂系统问题逐步分解为各个单学科来并行地进行概率设计．最后,在理论研究的基础上结合轴承座这个工程实例,给出了其具体实现,证明了将二者结合进行复杂问题的概率设计是可行的．     

基于多学科优化设计方法的航空电子设备应用研究

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科,多学科设计优化(MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法,是解决航空电子设备设计等复杂工程系统问题的有效手段.航空电子设备系统包含大量的学科和子系统,因此在设计过程中需要充分考虑各学科间的耦合效应.针对这一问题,提出了改进的单极优化方法为优化策略,以iSIGHT为平台构建了理想的设计环境.通过对电子设备中的典型结构印制板级模块进行了实例分析,验证了该优化设计方法集成复杂设计问题的可行性.     

三维机翼翼盒的结构拓扑优化设计

为有效降低机翼的重量,合理布置材料,提高材料的利用效率,以机翼翼盒结构的概念设计为研究对象,借助ANSYS有限元分析软件,以结构的最小柔度为目标函数,以体积约束为约束函数,对单载荷工况下三维机翼翼盒进行结构拓扑优化设计,找出其主传力路径,并通过与二维机翼优化结果比较证明了方法的可行性.拓扑优化结果显示其结构型式新颖,翼梁和翼肋的数目、位置和形状在结果中都有一定程度的体现,具有一定参考价值,是一种具有良好操作性的、有别于经验设计的机翼结构概念设计新方法.     

基于协同优化算法的平面连杆机构多学科设计优化

在传统的机构优化理论的基础上,结合机构设计的非线性、学科之间存在耦合性的特点,引入多学科设计优化的思想,进行平面连杆机构的设计优化.以平面四杆机构为例,首先按照学科分析模块分解平面连杆机构优化问题,然后采用改进的多学科设计优化的协同优化算法,实现平面连杆机构的机构学和控制两个学科的设计优化.研究结果表明,优化的机构不仅满足各个学科的约束,取得了各个目标函数的最优值,而且也获得了整体近似最优解.     

基于人工神经网络的多学科优化设计研究

多学科优化设计的两大难点是子学科间的信息交换和系统分析计算的复杂性。为此，在一致性约束算法和并行子空间算法基础上，提出了一种基于人工神经网络响应面的多学科优化设计算法，它是一种二级结构的优化方法，即学科层仅满足局部约束，系统层提供一种协调学科间冲突的机制，保证在相关变量和耦合变量上的一致性，使设计方案不断改进。通过某型号飞航导弹系统的优化实例，验证了算法的有效性。     

Reliability-based robust design optimization for torque ripple reduction considering manufacturing uncertainty of interior permanent magnet synchronous motor

Journal of Mechanical Science and Technology - This study performed reliability-based robust design optimization (RBRDO) of stator and rotor shape of the IPM type electric motor to reduce the...     

圆柱螺旋压缩弹簧的多学科协同优化设计

引入多学科设计优化理论解决圆柱螺旋压缩弹簧的优化设计问题。针对圆柱螺旋弹簧优化设计存在的多目标、多约束特点,建立了圆柱螺旋压缩弹簧的多学科优化设计模型,并采用协同优化算法,完成了优化模型的求解。优化结果证明了协同优化算法解决圆柱螺旋压缩弹簧的优化设计优化问题的有效性,为解决更为复杂机械系统的设计优化问题奠定了基础。     

基于物理规划的多学科多目标设计优化

针对复杂产品多学科多目标设计优化存在的耦合严重、计算效率低、难以获得体现设计者偏好的最优解等问题,提出了基于物理规划和改进的协同优化策略的多学科多目标设计优化方法,阐述了该方法的基本思想并给出了设计优化流程.该方法密切结合实际工程设计经验,将多目标优化问题转换为反映设计者偏好的综合目标优化问题,采用改进的协同优化策略建立多层次的优化模型进行并行优化,得到了反映设计者偏好的最优解.以飞机起落架缓冲器为例,证明了该方法可以较好地求解多目标优化问题的折中非裂解.     

考虑不确定性的再制造工艺路径柔性化设计

再制造对象信息的不完备性,质量水平各异,导致每一个再制造对象的加工工艺信息都呈现出个性化差异.本文通过对再制造生产系统的分析,首先采用面向对象的着色petri网(OCPN)对再制造生产系统进行静态分析,对生产资源建立OCPN模型.然后对再制造生产系统进行动态分析,采用按再制造生产工艺方法对相应的生产资源OCPN模型进行封装,在设计BOM过程中实现调用,从而更快的完成加工对象工艺设计过程.     

基于振动特性的多学科多目标摩托车优化

以摩托车强度、刚度、轻量化为约束条件,以响应面法为基础建立多学科多目标优化方案.运用Hypermesh建立有限元模型,通过Radioss进行计算,并以Hyperstudy为优化平台.采用正交实验设计对优化变量进行灵敏度分析,运用拉丁方实验设计获取采样数据点,利用移动最小二乘法构建响应面模型,结合多学科、多目标优化设计方法进行结构优化,实现提高车架结构特性和摩托车动态特性的目标.     

复杂机械产品虚拟样机多学科设计优化研究

为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案,提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程,构建了虚拟样机的多学科设计优化集成平台,由多学科优化来驱动设计分析进程,形成虚拟样机集成的闭环自动迭代优化设计过程。针对汽车设计,给出了虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程,同时利用虚拟样机的动态特性显示,直观地表现出复杂产品多学科设计优化过程中设计方案的变化。     

基于ANSYS的机翼接头强度分析及优化设计

利用ANSYS软件对机翼接头进行强度分析,并对螺栓孔的应力集中问题进行研究.通过在不同工况下对接头的有限元分析,得出了接头的应力分布规律,然后根据分布规律改进了接头模型,有 效地降低了螺栓孔的应力集中,为结构优化设计提供了一种辅助设计方法.     

不确定性设计优化理论与方法研究

系统地开展了不确定性设计优化理论与方法研究,定义了设计不确定性、设计稳健性和设计可靠性等概念,阐述了不确定性设计优化理论体系框架,建立了不确定性设计优化模型,提出了解决不确定性设计优化建模、求解和计算复杂性问题的有效途径.     

克里金模型及其在全局优化设计中的应用

介绍了克里金模型的基本理论,并采用以克里金模型为近似模型的贝叶斯分析算法,对函数关系复杂、难以计算情况下的全局优化问题进行求解.该算法使用实验设计的方法选取初始样本点,通过样点填充准则找到新的样本点来更新克里金模型,不断循环,从而找到全局最优点.通过实例计算证明,与传统优化算法相比,此方法计算速度快、精度良好.     

Reliability optimization design of hydraulic system considering oil contamination

This paper presents a reliability optimization design method for a hydraulic system that considers oil contamination. The proposed method applies the quantitative relationship between oil contamination and system reliability to the reliability design of a hydraulic system, while considering the performance, layout, and other design factors. A global reliability model of the hydraulic system is constructed based on the oil contamination control model. Further studies aiming at an optimization design model of the hydraulic system is established where the cost is the objective function, reliability index, size and structure range, performance requirements are constraints, structure size and oil change period are design variables. For illustration, a case study on the reliability optimization design of the oil supply point branch of the static pressure bracket of a certain type of heavy CNC horizontal lathe is considered.