涡轮盘片多学科优化系统设计与实现研究

针对某型号发动机涡轮转子盘片结构,设计开发了涡轮盘片多学科设计优化系统;实现涡轮叶片、叶冠等部件的优化仿真集成以及优化模型的建立;设计并编写了各功能模块之间的数据存储结构与交换接口,保障了数据传递的准确性;并以涡轮叶片为例进行优化设计,验证了系统的可行性和可操作性。     

涡轮叶片并行子空间多学科设计优化

将Kriging近似模型与并行子空间多学科优化方法相结合,对包括气动、传热和结构三个学科的涡轮叶片进行多学科优化设计,并与传统单级多学科优化方法进行对比。结果表明,基于Kriging近似模型的并行子空间多学科优化方法优化结果合理,与单级优化方法相比优化效率明显提高,寻优能力增强,适用于复杂结构的多学科优化设计。     

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题.函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析.以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能.     

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.     

多学科设计优化中的需求建模研究

需求建模的过程就是对产品进行全过程、全系统和全性能建模的过程。具体地讲就是对产品全生命周期进行分解，按时间段建模；或者对产品进行层次分析，用专业理论进行建模；或者按产品在生产、装配和使用等过程中，体现出来的性能对产品进行描述。     

多学科设计优化对象建模理论与技术

在全面分析多学科设计优化对象建模需求的基础上,提出以产品的关联信息为基础,分析不同关系下产品行为视图,构建关联模型、基本模型、性能模型、功能模型、简化模型、分析模型和优化模型,建立了基于关系的多视图产品全模型（WPMPBMV）,并给出了模型的形式化表达和相应的建模算法。最后结合某机翼的气动和结构多学科设计优化问题,建立相应全模型。     

基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究

为提高弹道导弹概念设计中各学科的协同效应,缩短概念方案研制周期,以设计出综合性能更好、效能更高的飞行器方案,以iSIGHT为集成与优化平台,建立了多学科设计优化弹道导弹概念设计系统,综合弹道导弹概念设计各个学科的知识,应用有效的设计/优化策略,来组织和管理弹道导弹概念设计过程.将混合优化策略应用于弹道导弹重量、弹道和动力一体化优化设计,很好地解决了各学科间复杂耦合带来的计算问题,给出了方案优化结果,证实了该算法的有效性.     

基于多学科设计优化的数控机床综合误差补偿

将多学科设计优化理论应用于数控机床综合误差补偿技术中,通过对数控机床进行系统划分,建立各个系统的误差分析模型,并运用多学科设计优化的方法对数控机床综合误差补偿过程进行优化,最终得到精密的数控加工指令.该方法能够避免用几何误差和热误差简单相加来代替综合误差的近似计算,从而提高数控机床的综合误差补偿精度.     

多学科设计优化技术现状及趋势

介绍国内外多学科设计优化技术的现状与发展.从MDO的主要思想、基本研究内容、涉及的理论基础展开,重点介绍了MDO涉及的理论基础中的搜索策略,预测了MDO的发展趋势.     

基于近似模型的两级集成系统协同优化方法

在两级集成系统协同优化(BLISCO)方法的基础上提出了一种基于近似模型的BLISCO方法,该方法在继承了BLISCO方法优点的同时,具有能够减少设计优化过程中仿真分析和计算次数、平滑设计空间数值噪声、加快收敛速度等优点。通过两个算例,针对子系统存在耦合和不存在耦合两种情况对所提出方法进行了测试,分析结果表明,采用基于近似模型的BLISCO方法可以快速、准确地获得最优解,且综合性能优于原BLICO方法和相关文献所提出的方法。     

基于MDO方法的离心式压气机设计系统

针对离心式压气机设计中存在流-热-固耦合的问题,文中进行离心式压气机的多学科设计优化研究,基于多学科可行方法,建立离心式压气机的多学科设计优化系统.利用非均匀有理B样条曲线和五次多项式,分别构建径流式叶片型线和扩压器叶片型线,通过特征造型技术,建立离心式压气机参数化模型.采用线性插值方法和网格重生成方法,完成对温度、气压和变形耦合信息传递.在压气机参数化建模和多学科耦合分析的基础上,以总压比、等熵效率和流量为优化目标,对某离心式压气机进行设计优化,实现其综合性能的改善.所建多学科设计优化系统可以推广到其他多场耦合系统的设计.     

复杂工程系统多学科设计优化集成环境研究

复杂工程系统的设计是一个多学科互相适应的系统过程,是一个多学科交叉综合设计优化的多目标决策过程。针对复杂工程系统设计过程,提出了复杂工程系统多学科设计优化集成环境模型,作为提高设计自动化的平台,给出了集成环境的体系结构和技术结构方案,定义了集成环境优化设计的流程;详细说明了工程系统多学科设计优化方法、智能产品模型两项关键技术。最后对集成环境的实施和验证做了相应的阐述。     

汽轮机通流部分的最佳参数选择方法

本文利用多级汽轮机柏生（Parsons）数X与级轮周效率η u的相互关系,研究了对应于最佳轮周效率η (uρt)时汽轮机的级数、级的节圆直径（或根径）、级热降、喷咀出口角度以及速度比u/C1等各种参数的最佳匹配问题。这种方法是Robert Szewalski教授首创的,他仅研究纯冲动和屯反动式（ρ＝0.5）两种情况,使用场合受到限制。本文则着重分析任意反动度ρ对各种最佳参数的影响,并提出了不同柏生数时最佳反动度的新概念。同时首次将柏生数引入了扭曲叶片的设计,提出了设计扭曲叶片实现最高效率的途径和努力方向。     

基于改进粒子群算法的内啮合齿轮泵优化设计

为减小内啮合齿轮泵的流量脉动,以PGH型渐开线内啮合齿轮泵为研究对象,建立流量脉动率和齿形参数的数学模型,分析了齿轮泵在外齿圈和小齿轮满足不同啮合关系时的瞬时流量,并据此建立齿轮泵的优化数学模型;将遗传算法中的遗传和变异操作引入到粒子群算法中得到改进粒子群算法,通过此算法对齿轮分度圆压力角、变位系数、齿顶高系数和齿数等参数进行优化,得到了齿轮泵流量脉动率最低时的齿形参数;通过Matlab仿真验证,结果表明:齿轮泵的流量脉动率和齿形参数呈非线性变化关系;在满足结构要求和合理传动等条件下,经过该方法优化以后,齿轮泵的流量脉动率降低了7. 27%,实现了内啮合齿轮泵流量脉动的降低。     

基于遗传算法的微机械陀螺的多学科设计优化

基于micro-electro-mechanical system(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统,其整体特性是各个子系统综合作用的结果。在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下,提出微机械陀螺的多学科概念设计模型。以陀螺的灵敏度最大为优化目标,利用遗传算法对设计模型进行全局优化,获得初步的最优设计方案,并采用有限元软件ANSYS验证优化结果的正确性。     

基于体积优化的UUV减速传动系统结构参数设计

针对某水下航行器(unmanned undersea vehicle,UUV)工作特性,运用Hertz接触理论,推导出齿轮体积与传动比之间的数学模型,并建立该传动系统的空间布局优化数学模型。采用多目标遗传算法(multi-objective geneticalgorithm,MOGA)完成空间布局方案的优化设计,在满足约束条件下,计算出此系统结构参数和齿轮空间坐标。结果表明比现有圆柱形齿轮箱的圆柱面积减少了10.6%,体积减少了8.4%。表明该方法具有很好的工程应用价值,可作为水下航行器减速器设计优化的新思路。     

基于正交试验设计的车门系统参数优化

以某车型的左前车门为研究对象,将多目标优化方法与正交试验设计设计方法相结合的方法应用于车门系统零部件厚度参数优化设计。利用Hyperworks软件建立车门有限元分析模型,并对其进行模态、刚度分析,然后进行模态试验和刚度试验验证分析模型的正确性;以车门板件厚度为变量对车门系统各个性能进行灵敏度分析,选取对车门性能影响较大的车门板件厚度为控制因素,应用带权重的分目标乘除法构造车门系统的综合性能评价函数,采用正交试验设计方法针对车门系统的综合性能进行参数优化设计,最终获取车门系统各个零部件厚度参数的最佳组合。     

复杂工程系统优化设计集成框架研究

优化设计对于提高复杂工程系统的设计质量具有重要意义,它贯穿于系统设计的整个过程之中。针对复杂工程系统的优化设计过程,提出了三维正交分析模型以减少系统分析的复杂性;定义了优化设计问题的变量类型以及解决设计问题的迭代方式;分析了复杂工程系统优化设计的基本阶段。以上3部分是复杂工程系统优化设计集成框架的支撑技术,为其提供了必要的理论基础。最后提出了复杂工程系统优化设计集成框架模型,以此作为提高设计自动化的平台,并对其实现机制和验证实例做了相应的阐述。     

AERODYNAMIC OPTIMIZATION DESIGN OF LOW ASPECT RATIO TRANSONIC TURBINE STAGE

The advanced optimization method named as adaptive range differential evolution (ARDE) is developed. The optimization performance of ARDE is demonstrated using a typical mathematical test and compared with the standard genetic algorithm and differential evolution. Combined with parallel ARDE, surface modeling method and Navier-Stokes solution, a new automatic aerodynamic optimization method is presented. A low aspect ratio transonic turbine stage is optimized for the maximization of the isentropic efficiency with forty-one design variables in total. The coarse-grained parallel strategy is applied to accelerate the design process using 15 CPUs. The isentropic efficiency of the optimum design is 1.6% higher than that of the reference design. The aerodynamic performance of the optimal design is much better than that of the reference design.     

基于改进遗传算法的电机公差优化设计

为提升电机装配质量,降低总成本,需对形成电机定、转子间气隙的关键零部件组成环公差进行优化设计.以加工成本和质量损失成本为目标函数,以各关键组成环的公差值为设计变量,以装配功能和经济加工能力为约束条件,建立了多目标多约束的电机装配径向公差优化数学模型.基于改进的遗传算法对模型进行求解,得到电机总成本最低时的各关键组成环公差.通过Cetol 6σ仿真验证,结果表明:采用优化后的设计公差值,电机装配合格率提升了约55.7％,总成本下降了约45.2％.