飞机多学科设计的分级优化方法

飞机设计是十分复杂的过程,它需要多个学科的综合及许多部门的合作。基于层次型分解的多学科设计优化（MDO）算法就是解决这类复杂工程系统优化的有效方法。它将大系统分解为许多层,每层又有许多子系统,而各个子系统的计算规模较小,同时又能保留各层次间的耦合关系。通过三梁元刚架结构的设计,证实了本算法的有效性。     

基于多学科协同算法的机床主轴优化设计

用多学科设计优化理论进行了机床主轴参数的优化设计.以主轴质量、外伸端挠度和切应力为同步优化目标,利用协同优化算法思想建立了两级优化数学模型,包括一个系统级模型和三个子系统级模型.运用iSIGHT软件对优化数学模型求解,在使得主轴质量最小的同时保证有较好的刚度和强度.计算结果表明多学科设计优化在处理多目标优化问题时有明显的优越性.     

多学科优化设计及其在汽车设计中的应用

多学科优化设计是世界各国工业设计界新兴的研究领域,是解决复杂工程系统设计的有效方法.对多学科优化设计的基本理论、应用研究及发展进行了综述分析;将多学科优化设计方法引入到汽车设计中,提出一种基于模块化的MDO方法的设计思路及其相应的协同优化求解思路.     

车辆主动悬架与电动助力转向系统协同优化

将主动悬架和电动助力转向系统的集成设计问题纳入多学科设计优化框架,实现多目标协同优化。建立了带有LQG控制器的主动悬架模型和电动助力转向模型,充分挖掘其耦合关系,对相关系统参数进行集成化处理并构建协同优化计算模型。基于多学科设计优化的思想,将复杂的集成设计问题转化为一个两级优化问题,让子系统分别承担各自学科的优化任务,同时通过系统级约束来协调子系统间的不一致性。优化结果表明,集成系统性能指标均有所提高,不仅行驶平顺性指标得到较好改善,而且低速转向更轻便,主动悬架作动器作用力也显著降低。     

协同优化方法的改进及应用

针对协同优化方法在应用中存在的计算困难,分析了导致协同优化方法计算困难的原因,并指出了常用的改进方法。从改进系统层二次相容性约束出发,提出了一种基于系统层动态约束的协同优化方法,新方法改进了系统层约束,能够避免原协同优化中系统层约束导致的计算困难的问题。并首次使用改进的协同优化方法对减速器进行了优化设计。结果表明,改进的协同优化方法具有很高的稳定性、可靠性,并且能够提高求解效率。     

两级系统多学科可靠性设计合成优化方法

针对大规模的不确定性多学科系统,提出了一种基于BLISS方法的两级系统多学科可靠性设计合成优化方法——RBMDOSB。该方法采用了SORA方法的框架,将可靠性分析和多学科设计优化分离开来,分为可靠性分析和确定性多学科设计优化两个问题顺序执行,其中,具体使用基于多学科模型的性能评估法进行可靠性分析,应用BLISS方法进行确定性多学科设计优化问题求解,并添加与耦合变量相关的移动量来对多学科设计优化问题的约束进行修正。最后通过具体算例验证了RBM-DOSB方法的可行性和有效性。     

支持多学科设计优化的产品集成设计知识模型研究

为了在工程设计中提高产品多学科设计知识的集成能力,通过研究产品多学科设计优化（MDO）的设计过程,提出一种支持多学科设计优化的产品集成设计知识模型.利用对产品设计知识应用特征的分析,研究产品集成设计知识的融合方法,阐述了产品设计知识的表达以及具体设计规则的匹配机制,分析了多学科设计知识获取和目标满意度评价的过程及方法.应用产品集成设计知识模型作为指导框架,采用GeneXus开发工具,搭建了一个支持多学科设计优化的原型系统平台,并以具体产品的设计过程为例,在平台中验证了该设计知识模型的可行性和有效性.     

电动汽车设计方案优化及软件系统开发

将多学科设计优化方法应用于电动汽车设计方案优化,基于目标分流法,搭建了电动汽车设计方案优化框架体系,据此开发了自主版权的软件系统——EV-PAMO。利用该软件对某型纯电动汽车进行优化设计,在满足各种约束条件的前提下,整车层次所期望的性能指标及子系统层次的设计方案可行性能够得以同时实现。     

飞机多学科设计中的协同优化算法

讨论了基于响应面的优化算法,该方法通过分解、协调的方式解决飞机设计中多个学科的耦合以及数据量大和数据关系复杂的问题。而响应面的引入又使协同优化的计算收敛速度更快,可靠性更高。同时还着重研究了减省响应面构造过程中所需的分析次数的方法,并给出了一个远程无人机的例子,通过协同优化算法进行总体参数优化设计。     

电动汽车复合制动预测模型

基于提出的制动强度二次再分数学模型,系统研究了并联复合制动系统预测模型的设计方法。设计了离线优化流程:对由车速v、电池So C及制动强度z构成的连续设计空间进行试验设计(Design of experiments,DOE)。基于DOE采样点,采用协同优化设计方法(CO),通过定义再生制动能量回收和制动稳定性两个子系统,得到离线优化数据,进而建立了制动力分配预测模型。基于预测模型的仿真验证表明:预测模型可实现实时最优控制,可在保证制动稳定性的前提下,最大化回收再生制动能量,具有较大的工程应用价值。     

Digital Design of Virtual Prototype based on Multidisciplinary Design Optimization

In order to obtain digital design of complex mechanical product as optimal as possible in an efficient way,multi- discipline integrated design method is proposed,which integrates multidisciplinary design optimization (MDO) into digital design process to design virtual prototype (VP) efficiently.Through combining MDO and multi-body system dynamics,MDO integra- tion platform,which takes VP as the core,is constructed.Then automated MDO design of VP is realized and changes of mechani- cal design project can be expressed intuitively during MDO design process.The proposed approach is also demonstrated by using inte- grated analyzing flow of vehicle engineering design.The result shows that the method not only can feasibly realize the MDO of VP, but also can solve the optimization problem of vehicle multi-body system dynamic performance.It can be adopted to the digital de- sign of other complex system.     

飞航导弹基于响应面近似技术的并行子空间优化设计

分析了基于响应面近似模型的并行子空间方法CSSO／RSA的执行步骤和特点，并介绍了逐步逼近响应面近似模型的构建方法。给出了包含气动、弹道、发动机3个耦合学科的整体式冲压发动机飞航导弹的学科分析模型和系统优化模型，分别采用CSSO／RSA方法和单级多学科优化方法对飞航导弹进行优化设计。结果表明CSSO／RSA方法的性能要优于单级多学科优化方法。     

Design of hydraulic shift mechanism for AMT vehicles based on the collaborative optimization method

Based on multidisciplinary design optimization (MDO), a new design method is put forward for hydraulic shift mechanism of heavy-duty vehicle automated manual transmission (AMT). Taking a shift cylinder for example, the collaborative optimization (CO) method for the design problem of a cylinder is devided into one system level design optimization problem and three subsystem level design optimization problems. The system level is an economic model and the subsystem level is mechanics, kinetics, and a reliability model. Application of the multidisciplinary design optimization software iSIGHT modeling and solving, optimal solution of the shifting cylinder CO model is obtained. According to the optimal solution, oil cylinders are machined out and installed on the gearbox of an AMT system for the bench cycle shift test. The results show that the output force and action speed of the optimized mechanism can meet requirements very well. In addition, the optimized mechanism has a better performance compared to the structure of the traditional design method, which indicates that the CO method can optimize the design of hydraulic transmission.     

基于人工神经网络响应面技术的多学科优化方法研究及应用

在常用的非层次型多学科综合优化算法基础上,提出了基于神经网络响应面多学科优化算法(ANNMDO),是一种二级结构优化方法,子学科在优化时只需满足本学科的局部约束,学科层优化目标是使该学科优化设计方案与系统层提供的目标方案差异最小,系统层提供一种协调各个学科优化结果冲突机制,并且所需学科层信息通过神经网络响应面获取.最后将协同优化算法(CO)、并行子空间优化算法(CSSO)、ANNMDO算法应用于齿轮减速箱算例,验证了本文算法的高效性.     

基于智能算法的汽车气动外形参数多目标优化

为了对汽车外形进行优化设计,利用CFD软件与智能算法相结合的方法,以在天窗微开高速行驶状态下的汽车为优化的对象,选取气动阻力最小、气动升力为0、天窗后缘压强最小为`优化目标,以汽车关键外形参数为设计变量,对汽车气动外形进行多目标优化设计.同时,应用了数据挖掘技术评价设计变量与3个目标函数的影响关系,选取优化后的最佳关键参数制作汽车模型并进行风洞试验验证.研究结果表明:通过遗传算法优化的车身外形,在其他设计目标满足要求的条件下成功地将阻力系数降低了9.5%,并通过风洞试验验证了该智能算法结果的准确性.基于智能算法的汽车气动外形设计具有指导意义与实际应用价值,为汽车气动外形的多目标优化设计提供了一种高效、精确、可靠的先进优化方法.     

远程精确打击天基信息支持系统体系优化

首先分析了天基信息支持系统在远程精确打击武器作战过程中的作用，在此基础上建立了天基信息支持系统对弹道导弹打击海上慢速移动目标群作战效能的影响模型；针对体系优化问题的特点，建立了优化参数之间的层次关系，提出利用分层多学科设计优化（multidisciplinary design optimization，MDO）方法对问题进行求解；最后通过算例证明了论文所提方法的有效性。