基于iSIGHT平台DOE方法的螺旋桨敞水性能优化设计

传统的螺旋桨设计方法已经满足不了进一步提升其性能的要求,并且现代环境的变化不再仅仅要求螺旋桨某一性能的最优,而是多方面综合性能的最优.iSIGHT多学科优化设计平台提供了完整的设计综合环境和先进的优化设计方法,能够完成设计过程的自动化和智能的设计探索,确定最佳设计参数.基于iSIGHT平台的实验设计方法建立的螺旋桨敞水性能优化方法使螺旋桨效率和最小压力系数都有提高,实现了优化目的.     

多学科设计优化方法与传统设计优化方法的比较研究

多学科优化设计也是在传统设计优化基础上重要的质的发展。它是设计方法、传统机械设计知识、过程设计知识、现代信息技术交叉集成的大系统方法。多学科设计优化技术 以提高产品性能、缩短设计周期和降低研制成本为目的。本文将多学科优化设计与传统优化设计进行对比,并以实例分别进行多学科设计优化和传统优化设计,证明了多学 科优化设计的可行性和高效性.     

平流层飞艇螺旋桨设计参数对效率的影响

研究平流层飞艇螺旋桨优化设计问题,由于空气密度较小与飞行速度较慢,平流层飞艇螺旋桨叶素的雷诺数较小,使叶素翼型升阻比较低,导致现有低空使用的飞艇螺旋桨在平流层使用时效率较低.需要对平流层飞艇螺旋桨进行专门设计.传统螺旋桨分析与设计方法需要先选定螺旋桨直径与转速,再分析叶素效率与螺旋桨效率.为解决上述问题,直接采用周向速度(正比于半径与转速之积),改变了平流层飞艇螺旋桨变化的参数,进行综合设计,并进行仿真.结果证明,采用改进的方法可使初始设计参数减少一个,从而使螺旋桨效率得到明显提高.     

吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究

在冲压发动机推进特性问题的研究中,高超声速飞行器是一种多学科强耦合的先进飞行器,传统的设计方法一般只考虑某一个性能和学科,造成设计性能不理想,而多学科优化设计(MDO)能够探索和充分利用工程系统中的协同机制来实现复杂飞行器的设计.为优化推进技术,完善设计,提高航程,用多学科优化设计方法对高超声速飞行器进行了优化设计.建立了包括空气动力学、推进系统、结构质量以及弹道航程等多个学科模型在内的多学科优化平台.进行仿真,结果表明满足各个学科约束的条件,使得飞行器的航程提高 12.94%.同时也说明文中针对高超声速飞行器搭建的多学科优化平台是可行的,为优化设计提供厂保证.     

基于目标分解方法的复杂系统优化设计

解析目标分解方法(Analytical Target Cascading,ATC)是一种新型的处理复杂产品及工程设计问题的系统化方法.通过构建层次化的多级优化设计架构,将系统级的设计目标依次分解至相应的子系统层和零部件层.每层的优化设计问题是最小化分解得到的设计目标的偏差问题,并以此实现系统之间的兼容,从而保证系统设计的一致性和高效性.采用Isight优化软件构建ATC的多学科优化设计仿真平台,分别以数值优化案例和工程设计案例充分说明ATC的有效性.     

微机械陀螺的多学科设计优化建模的研究

以梳状音叉式振动微机械陀螺为例,将多学科设计优化（MDO）方法应用到微机械陀螺的优化设计中。将微机械陀螺复杂系统分解为归属不同学科的多个子系统,阐明了在多学科设计优化中各子系统之间的相互关系。建立了微机械陀螺的结构设计、机械性能、电学性能子系统和系统级的多学科设计优化模型。用已研制的MMCDO多学科混合协同设计优化算法计算,得到了满意的优化设计结果。     

支持多学科设计优化的集成产品过程建模方法

针对当前主要的设计过程建模方法缺乏表达复杂产品多学科设计过程中资源的组织调用和协作方式等信息,提出一种支持复杂产品多学科设计优化的设计路线图框架过程建模方法.从全面表达设计过程信息的角度出发,描述产品多学科设计优化过程中的主要活动及其协同关系,建立支持多学科设计优化的过程模型;在此基础上,给出了多学科设计优化的过程规划方法,以降低产品设计过程中的迭代,通过构建支持多学科设计优化的集成产品设计过程结构框架,实现产品多学科设计优化的过程集成.最后通过已开发的多学科系统集成平台,应用具体设计实例验证了整套方法的有效性.     

基于三维测量的螺旋桨翼型数据获取与分析研究

为了在设计多旋翼无人机过程中,合理选择与设计电动机—螺旋桨动力系统,同时也达到系统优化设计的目的,基于逆向工程原理对某型螺旋桨进行三维测量,获得点云数据。提出了一种获得翼型精确攻角和弦长的方法,并对29个数据进行拟合得到攻角和弦长随距离的变化曲线。通过仿真得到了翼型的升力系数、阻力系数和转矩系数,为多旋翼无人机设计过程中与螺旋桨相关的数学计算提供了依据。     

结合拓扑解耦的多学科优化方法

复杂的多学科工程系统的协同优化设计因为变量耦合的存在而非常复杂,针对已有的一些求解策略存在的问题,提出一种基于分类和拓扑解耦的快速求解方法,通过簇间耦合变量备份代理解耦和簇内拓扑单向学科可行的策略求解多学科复杂问题.首先通过分析学科间灵敏度对系统进行聚类操作;然后在簇间系统层引入约束以保证簇与簇之间相互独立;最后每个簇内经过拓扑解耦处理后得到一个无环的树结构,文中方法能够显著降低学科的分析求解过程,提高系统整体求解的速度.通过比较2个解析多学科优化问题的求解结果,验证了该方法的有效性.     

基于FIPER的导弹多学科优化设计

导弹的多学科优化设计是一个复杂的系统工程.整个优化设计过程也涉及到多个学科,而且学科之间存在着严重的耦合关系,简单的对独立的学科计算程序进行集成将会消耗大量的设计时间而且容易出现错误.利用先进的计算机网络技术结合较为成熟的多学科优化设计商业软件,应用多岛遗传算法对某型导弹建立了气动、发动机、飞行弹道三个学科的数学模型,分析了学科模型之间存在的耦合关系,进行了多学科优化设计研究,使导弹的总体性能得到了改进.     

潜水器舱室空间布局的多学科设计方法研究

载人潜水器舱室空间布局涉及到多目标、多学科问题,通过对潜水器舱室空间的分析,研究了多学科设计优化方法对于这类多目标、多学科问题求解的有效性。建立潜水器多学科设计优化方法和协同优化思路,分解潜水器舱室并对潜水器舱室空间进行详细描述,构建基于Pareto的多目标遗传算法,对潜水器舱室空间进行多学科分解和计算,最终获得潜水器舱室空间设计方案。     

A multi-level optimization technique based on fuel consumption and energy index in early-stage ship design

Reducing lifetime fuel consumption (LFC) and energy efficiency design index (EEDI) are two of the main concerns of shipping industry in recent years. This paper presents a multi-disciplinary and multi-level optimization scheme-based software (HPS-MOP2) to design a hull–propeller system simultaneously from the LFC and EEDI point of view in early-stage ship design. Calculations of the ship resistance and propeller performance are essential to optimize the ship hull–propeller system. Two numerical methods with variable fidelity, non-uniform rational basis spline (NURBS) geometry modelling technique and new version of multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition (MOEA/D) are three main parts of the proposed methodology. A bulk carrier propelled by a well-known propeller is used as a base model in three different study cases based on specific fuel oil consumption (SFOC) curves provided by the engine manufacturers Wartsila, MAN and Caterpillar. The presented results illustrate that the employed approach may achieve cost- and energy-efficient designs.

     

Channel shape optimization of solid oxide fuel cells using advanced numerical techniques

Shape optimization of fuel channels in solid oxide fuel cells (SOFC) is presented. A three-dimensional, implicit, multi-species fuel cell solver is developed to compute the baseline solution. Sensitivity derivatives required for the optimization are computed using the discrete adjoint method. A gradient-based optimizer is utilized to update the design variables. The geometry of the fuel channel is parameterized to obtain meaningful design variables using a recently developed technique that is applicable for multi-disciplinary design optimization. During the design process, the mesh is continually modified to reflect the changes in the underlying geometry. An automated environment to sequentially execute the aforementioned processes is developed. Cost functions representating the cell voltage and uniform distribution of fuel among all channels are optimized with respect to the shape of the fuel channels.     

CAD系统的二次开发在飞机构型优化中的应用

飞机概念设计优化目前存在的主要问题是分析对象的几何描述过于简单、描述不统一和修改困难,造成分析计算可信度不高而且不同学科分析模块间信息很难转换。从建立一个三维运输机参数模型入手,通过CAD系统的二次开发,将模型集成到设计优化框架中,应用高信度的计算流体方法（CFD）,以飞机起飞重量最小为目标完成构型优化。     

Design space optimization using design space adjustment and refinement

To deal with large-scale problems that often occur in industry, the authors propose design space optimization with design space adjustment and refinement. In topology optimization, a design space is specified by the number of design variables, and their layout or configuration. The proposed procedure has two efficient algorithms for adjusting and refining design space. First, the design space can be adjusted in terms of design space expansion and reduction. This capability is evolutionary because the design domain expands or reduces wherever necessary. Second, the design space can be refined uniformly or selectively wherever and whenever necessary, ensuring a target resolution with fewer elements, especially for selective refinement. Accordingly, the proposed procedure can handle large-scale problems by solving a sequence of smaller problems. Two examples show the efficiency of the proposed approach.     

Control–structural design optimization for vibration of piezoelectric intelligent truss structures

Based on the design sensitivity analysis for structural dynamics in time domain, an integrated control–structural design optimization method is proposed to the vibration control of piezoelectric intelligent truss structure. In this investigation, the objective function and constraint functions include not only the conventional design indexes of structure but also the vibration control indexes and the feedback control variables. The structural design variables are optimized simultaneously with the vibration control system. The sensitivity relations for the control–structure optimization model are derived by using a new method, and the sequential linear programming algorithm is used to solve this kind of optimization problem. The numerical examples given in the paper demonstrate the effectiveness of methods and the program.     

Topology optimization of continuum structures subjected to pressure loading

This paper presents a generalization of topology optimization of linearly elastic continuum structures to problems involving loadings that depend on the design. Minimum compliance is chosen as the design objective, assuming the boundary conditions and the total volume within the admissible design domain to be given. The topology optimization is based on the usage of a SIMP material model. The type of loading considered in this paper occurs if free structural surface domains are subjected to static pressure, in which case both the direction and location of the loading change with the structural design. The presentation of the material is given in a 2D context, but an extension to 3D is straightforward. The robustness of the optimization method is illustrated by some numerical examples in the end of the paper. Received August 3, 1999     

多变量系统中多参数多目标满意优化研究

本文提出了多变量系统的多参数多目标满意优化方法，将系统性能指标要求的满意设计与控制器参数优化融为一体统一考虑，通过设计性能指标满意度函数和系统综合满意度函数，构造出多变量系统满意优化模型，并用改进遗传算法实现其满意优化．仿真结果显示该方法可获得比传统优化方法更满意的综合性能指标，表明了该方法的有效性和实用性．