船用设备多学科数据融合及集成优化技术研究

传统的船用活塞设计中,CAE多是用来检验CAD的设计结果,而不是用来驱动产品设计。为使CAE更好的服务于船用活塞结构设计,提出了基于CAD/CAE的船用活塞多学科优化设计技术。技术针对现有的分析软件和设计模式,利用集成优化框架平台进行流程集成及数据融合。最后采用集成优化平台iSIGHT,初步实现了建模软件SolidWorks、ANSYS分析软件之间的数据融合和集成优化过程,为后续的基于多学科的柴油机性能协同优化研究工作打下基础。     

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。     

基于CFD技术的风机翼型多目标优化设计

以轴流风机翼型为研究对象,基于CFD技术,建立了一套多目标优化设计系统,对翼型进行优化以提高其气动性能。借鉴船舶设计行业的SBD技术,通过Isight平台集成CFD软件及NSGA-II优化算法,采用改进后的Hicks-Henne型函数法为优化翼型参数化方法。对标准翼型NACA0024进行了多目标优化设计,结果显示,翼型的气动性能有了显著提升,三个工况点的加权升力系数提升了19.1%,加权升阻比系数提升了16.9%。由此证明了该多目标优化方法是可行的,为今后风机性能的改进打下了基础。     

航空发动机数值仿真智能综合集成平台架构研究

目前,航空发动机研发仿真需求日益复杂,具有设计软件众多、跨部门研发协同频繁、多学科知识融合交叉等特点,给传统的数字化研发体系带来了诸多挑战。为突破传统研发体系的局限性,开展了航空发动机数值仿真智能综合集成平台架构研究,从集成平台架构需求出发,研究形成了基于科学工作流仿真流程自定义方法、插件式集成软件扩展机制、跨部件与多学科耦合封装技术、异构仿真工程数据管理技术、本地与远程混合环境部署架构、仿真设计/数据智能优化分析方法六大方法指导平台设计开发。最后给出了平台架构设计实例,构建了一套集成化、平台化、智能化的航空发动机数值仿真智能综合集成平台。     

基于iSIGHT的多学科优化方法研究

多学科协同建模、仿真、优化是提高复杂产品设计质量的有效途径之一,针对在机构设计中过度考虑安全因素,导致材料浪费的问题,研究了在iSIGHT多学科优化平台上利用CAD／CAE学科软件搭建的装载机执行机构的多柔体虚拟样机模型。介绍了面向模型的多领域协同仿真技术及基于系统过程集成和命令文件解析的建模技术。应用多学科变量耦合优化算法有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出,用该方法有效地实现了装载机执行机构的轻量化设计。     

中高压喷嘴集成优化数值仿真

传统的CFD软件不是专门为优化设计的,一般优化功能比较弱。针对这一问题,本文采用改进的基于遗传算法的集成CFD优化方法,对中高压喷嘴的设计进行了优化。结果表明,集成gambit参数化建模、自动划分网格接口和fluent运算器接口的方法,大大节省了设计时间和费用,喷嘴的打击能力和流场性能有了较大的提高。     

多模块协同仿真的翼型优化设计研究

基于粒子群算法的研究基础,提出了基于粒子群算法的多模块协同的翼型优化设计方法。在高速风力机中被广泛应用的航空翼型在某些方面存在一定的不适应性。针对此问题,建立了基于多软件协同仿真且以翼型的升阻比为目标的自动化优化设计方法,并运用该方法对风力机中常用的NACA4412翼型进行优化设计。设计结果表明,用该方法优化后的翼型在气动性能方面有较大提高。     

基于Flowmaster软件的飞机燃油系统流体仿真平台构建研究

主要基于流体计算软件Flowmaster,研究了燃油系统流体仿真计算平台的构建。研究表明,仿真平台可以满足燃油系统及其子系统的构建、计算分析、动态模拟、优化设计、系统耦合和系统优化的基础上,实现多用户、协同环境、数据集成的飞机燃油系统仿真。     

Matlab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用

基于Matlab软件中的优化算法和优化工具,针对风力机翼型通用型线集成表达式建立了优化数学模型.以风力机翼型的最大升阻比为优化设计目标函数,翼型形状控制方程的系数为设计变量,翼型的厚度和弯度为约束条件,设计得到了相对厚度为18%的风力机翼型,并对其性能进行了计算分析.研究结果拓宽了风力机叶片翼型的设计思路和设计方法.     

支持协同产品商务的企业集成平台设计

协同产品商务需要一个基础信息框架为企业和其合作伙伴提供协作支持。面向全面集成和协作,提出了支持协同产品商务活动中合作关系管理、数据和应用集成,以及协同商务过程管理与优化的集成平台框架和实现方法,并给出了集成平台在飞机协同产品商务中的应用实例。     

基于变形均匀性的锻造预成形优化系统集成

预成形优化设计在锻造工艺设计中得到了广泛的应用,锻件的变形均匀性是衡量锻件质量的一个重要指标,提高锻件的变形均匀性以提高锻件的综合质量。本文以提高锻件变形均匀性为优化设计目标,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法对锻造过程的预成形模具形状优化系统集成进行了研究,给出了目标函数、设计变量及其灵敏度的表达形式,解决了优化模拟过程中的网格再划分问题,给出了优化系统的流程图并编制了相应的程序,最后,给出了一个优化设计的数值算例,取得了较好的优化效果。     

无动量亏损尾迹三维数值模拟

利用计算流体力学软件,对粘性不可压缩流体的平板翼型绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法计算程式,求解不可压缩Navier-Stokes方程,模拟平板翼型在尾缘有无吹气时的流动情况,得到了平板翼型尾迹的传播特性。并使用四种常用湍流模型在相同的网格条件下进行数值模拟,模拟结果与相应的试验数据对比,分析各种湍流模型对带尾缘吹气的三维模型数值模拟结果的影响,得出了不同湍流模型对带尾缘吹气的模型的适用性以及精度的评估性结论。数值模拟的结果表明SST湍流模拟对模拟尾迹区流动具有很好的适应性,预测得到的轴向速度分布、尾迹特征长度变化以及流动相似性和试验结果进行了对比,和试验结果吻合较好。     

Combinative Algorithms for the Multidisciplinary Collaborative Simulation of Complex Mechatronic Products Based on Major Step and Convergent Integration Step

Multidisciplinary collaborative simulation (MCS) is an important area of research in the domain of multidisciplinary design optimization (MDO).Although previous research for MCS has to some extent addressed some issues like using of multiple tools,integration stability,control of step size,data synchronization,etc,further work is still necessary to study how to achieve improved precision.A theoretical model is formulated to describe and analyze the integration process of MCS.A basic algorithm with equal maj...     

应用几何遗传算法对叶栅进行改进设计的研究

几何遗传算法由于其独特的变量染色体表达和简易的编解码方式特别适合于对具有封闭轮廓线的形状优化问题的求解 (如翼型叶片的优化设计等 )。本文首次将几何遗传算法应用于流体机械中离心扩压器叶栅叶型的改进设计 ,所取得的结果令人满意。     

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。     

四参数变弯度翼型的气动特性分析与优化设计

针对NACA 0012翼型,在马赫数为0.176的来流条件下,首先利用数值模拟研究了翼型前缘下弯角度、前缘偏转位置、后缘下弯角度和后缘偏转位置等因素对翼型气动性能的影响规律;其次,以升阻比为目标,上述4个因素为设计变量,利用神经网络建立升阻比与4个设计变量间的预测模型;然后,充分考虑优化精度和神经网络训练数据库的计算量,构造了一种翼型优化过程与神经网络预测耦合的迭代优化策略,基于该优化策略得到最优变弯度翼型构型。对比优化翼型和原始翼型,升阻比提高约22%,较大程度改善了翼型的气动特性;并且通过远场噪声分析,发现优化翼型表现出了较好的声学性能,在1 000 Hz附近单音噪声最大可降低12 dB。     

粗糙度对风力机专用翼型气动性能影响

针对风力机专用翼型FFA-W3-211进行数值模拟,深入系统探讨了粗糙度对该翼型气动性能的影响。采用剪切应力输运k-omega湍流模型进行CFD计算;于翼型表面均匀分布不同粗糙度,求出该翼型敏感粗糙度;同时,研究了在该翼型吸力面和压力面不同位置布置敏感粗糙度时,粗糙带位置对翼型升力系数和阻力系数的影响,分别求出吸力面和压力面的敏感粗糙带位置,与软件XFOIL算出转捩点位置进行对比,分析粗糙度对该翼型气动性能的影响。计算结果对风力机专用翼型的设计与开发具有一定的理论价值。     

基于Isight平台的房车空调送风参数优化

为了提高房车空调夏季降温效果，对房车空调的送风温度、速度、角度进行优化研究。利用CFD方法对房车内流场进行数值模拟。应用k-e RNG湍流模型，合理的设置热力学边界条件，并引入太阳辐射模型。以Isight软件为优化平台集成Fluent软件搭建房车夏季降温多目标优化设计流程。通过最优拉丁超立方试验设计方法设计样本点，采用径向基函数神经网络建立近似模型，并结合NCGA遗传算法对不同送风参数进行多目标优化。在Pareto最优解集中选取最优折衷解，并通过CFD仿真和房车静态温度实验对比验证。结果表明：建立的近似模型能很好取代内流场仿真进行多目标优化，优化后的结果使房车内部能够获得更好的气流组织形式，温度场、速度场更加合理。     

不同叶片翼型可逆转地铁轴流通风机的数值模拟

采用CFD和CAA方法对可逆转轴流风机进行三维流场和声场数值模拟,分析了3种叶片翼型对风机性能和噪声的影响,根据数值模拟结果及分析得出结论.     

基于集成仿真技术的现代产品设计

为了尽可能在产品设计阶段预测产品设计、制造和应用等环节可能出现的问题,提出了基于集成仿真技术的产品设计方法,并以离散型制造业为对象,建立产品设计集成仿真体系架构。该体系结构包含制造过程仿真层、应用效果仿真层和优化设计技术支撑层,通过制造过程的仿真预测产品的加工质量,通过应用效果的仿真预测新产品的使用效果,并在此基础上进行优化。同时,分析了集成仿真信息流及其在产品设计过程中的传递特性。最后,通过应用实例,阐述了集成仿真技术在某压铸产品设计中的综合应用。