多学科优化

摘要： 新技术环境下复杂产品对数字化设计质量的要求不断提升,需要进一步提高建模的质量和效率,解决复杂产品虚拟样机多学科模型的一体化信息集成问题,以实现复杂产品系统设计及优化。本文以航天制造领域广泛存在的复杂产品为对象,对元模型、建模方法以及多学科建模过程进行研究与分析,将多学科优化设计与元模型建模方法相结合,建立了复杂产品的虚拟样机元模型,并构建了元模型与学科元模型的转换关系,形成了虚拟样机多学科建模优化设计方案。

摘要： 首先对某混合动力客车骨架进行了静力、模态和正面碰撞分析,将分析结果结合响应线性主效应图筛选出对碰撞时驾驶员处加速度、整车吸能、极限扭转工况的应力和一阶模态频率影响较大的构件,以筛选出构件的厚度作为设计变量,分别采用2种方案进行多学科优化,优化方案一是以整车质量最小为目标的单目标优化,优化方案二是以整车质量最小、整车吸能最大为目标的多目标优化。分析结果表明,优化方案二优化效果更好,整车质量减小了20.94%,整车吸能增加了19.54%,碰撞时驾驶员处加速度降低了29.09%,实现轻量化的同时还有效提高了碰撞安全性。

摘要： 建立了考虑气动、推进、飞行轨迹、质量分析等分系统模型的高超声速飞行器总体设计模型;并基于文献参数给出了基准设计方案以及各设计参数边界;基于标准遗传算法,以最小燃料消耗为目标对基准方案进行了优化,得到了燃料消耗较小的设计方案。通过分析对比基准方案与优化方案,结果表明,在相同航程情况下,优化后的高超声速飞行器燃油消耗量较基准方案减少3.2%。

摘要： 约束系统是汽车被动安全的重要组成部分,为提高约束系统的有效性,以HybridⅢ50th男性假人在100％重叠正面碰撞工况下的得分为基础进行多学科优化分析,得到了安全带及安全气囊参数与假人胸部、小腿之间的变化关系.并通过调整安全带和安全气囊参数,得到了最优参数匹配,使假人得分从14.12分提高到14.46分,有效提高了假人得分,对约束系统参数设计具有一定的参考意义.

摘要： 进入21世纪以来高超声速飞行器技术是航空航天领域发展最迅速、最活跃、最有影响力的技术科学领域之一其发展体现了一个国家的科技实力和经济实力.高超声速气动力/热问题是高超声速飞行器技术发展所面临的关键科学问题涉及气动布局、超声速燃烧、气力热预示、多学科优化、热防护与热管理、地面试验技术等众多前沿学科代表了未来航空航天空气动力学领域的发展方向.

摘要： 针对翼身融合高后置背撑发动机布局中央机体结构所面临的气动、噪声、振动等多学科设计约束,研究多学科优化设计的详细可实施的技术途径,解决多学科响应分析协调,多学科约束统一等问题,并完成基于多约束背撑发动机布局中央机体结构优化设计,给出兼顾结构-气动-噪声等耦合效应的中央机体结构优化设计方案.研究表明,提出的考虑多约束的优化设计方法有效,实现了翼身融合结构中央机体的优化,对工程设计有较大的指导意义.

摘要： 风电场是极其复杂、高度耦合的庞大系统.风电场设计时需要考虑的变量、因素众多,包括风资源、选址、风电机组排布、风电机组选型,甚至还需考虑电网、场内道路等诸多因素.因此,如何保证风电场的开发可以在控制风险的同时获得良好的收益成为了风电行业一大技术难题.本文将风电场设计时涉及的学科模型链与优化算法相结合进行了多学科优化,通过直接设定风电场项目的经济性目标,将风电场总装机容量、风电机组荷载安全性作为优化时的约束条件,实现优化算法自动迭代并寻找到风电场经济性目标最优的设计,从而实现了风电场定制化设计中风电机组自动选型(包括额定功率、塔架高度、叶轮直径等)及机位点自动迭代的优化设计方法,并以某个典型项目验证了该优化设计方法的快速有效性.

摘要： 通过建立基于多目标遗传算法(MOGA)的多学科优化平台,对5MW有机朗肯循环中的2级轴流膨胀机通流部件进行参数化建模,应用叶片空间切向积叠规则进行叶片弯和倾造型,在动、静叶柵耦合上寻求最优解。原型膨胀机经优化后,工况1下的总静绝热效率提高1.23%.输出功率提高1.1%,轴向推力减小4.5%,2级动叶片的最大等效应力均小于材料屈服极限。动叶片预应力处理下的前六阶模态计算结果表明,工作转速频率激励和静叶片通过频率激励判定合格。

摘要： 基于性能驱动对某车型白车身进行轻量化研究。首先对白车身静刚度、NVH性能、碰撞性能进行仿真分析,确定其初始结果。然后根据经验和灵敏度分析确定优化部件,由初始结果确定优化性能。最后使用modeFronter软件建立各工况的试验设计(DOE,Design Of Experiment)模型和响应面模型并基于响应面模型,使用混合算法对白车身进行多学科优化。研究结果表明,白车身质量在满足各项性能要求的前提下降低2.54%,减重效果显著。

摘要： 首先对铝制副车架进行拓扑优化分析,同时考虑强度和模态性能,以加权柔度最小化为设计目标,约束模态性能和设计空间体积分数.根据拓扑优化结果对副车架进行减材轻量化优化设计.然后在拓扑优化方案的基础上进行多学科优化,多学科优化同时将副车架的模态性能、强度性能和动刚度性能作为设计约束,以质量最小为设计目标.最终在满足所有性能要求的基础上减重1.97Kg,减重比8.8％.结果表明,副车架多级多学科轻量化优化设计可以有效地指导副车架轻量化设计.

摘要： 获资助以来已开展的工作及取得的主要进展包括近空间高超声速飞行器结构多学科优化整体架构、基于精细化建模的近空间飞行器轻质结构多尺度并发设计等。

摘要： 多学科设计优化是九十年代以来在国外迅速发展的一门学科，它可以有效地解决了大规模复杂工程系统的设计问题，因此在航空航天领域有广阔的应用前景。本文介绍了优化问题的有关内容和多学科设计优化集成平台iSIGHT，着重研究了多学科优化中的协同优化策略。算例表明应用iSIGHT 可以有效地提高优化计算的准确性和计算效率。

摘要： 飞机概念设计需要平衡多学科之间的矛盾，本文在多学科优化设计方法的气动学科中应用涡格法在Trefftz平面得到诱导阻力，采用工程估算的方法得到摩阻，波阻和干扰阻力；重量学科将机翼简化为盒式结构来分析机翼蒙皮承受弯曲力矩所需要的厚度及重量，按常规设计方法，计算了起飞总重；还考虑航程、最大升力等性能学科的约束。优化方法采用遗传算法。以起飞总重为最小作为优化目标，建立了民机多学科优化概念设计框架和优化设计的软件。以波音747飞机为算例进行了优化设计计算分析，验证了这一设计方法在飞机概念设计中的有效性。

摘要： 针对航空发动机涡轮部件,讨论了开展多学科优化技术研究的必要性;概述了国内外针对涡轮部件开展的多学科耦合技术、多学科优化技术和多学科耦合优化技术的应用情况;结合工程实际,探索了未来在涡轮部件开展多学科研究的发展方向.

摘要： 采用多学科优化(MOD)方法设计一种小型货运无人机的初步概念方案,以解决短距物流速运问题.在无人机重量、气动和性能等学科分析方法的基础上,建立了设计变量及相应约束条件,通过迭代优化得到了最终设计方案.结果表明,本文所采用的无人机多目标设计优化方法在满足设计指标的前提下,可以获得关于升阻比和结构重量的最优解集,验证了优化方法合理性和有效性,有助于设计人员确定合理的小型货运无人机外形参数.

摘要： 飞行器总体设计直接关系到飞行器的战术技术性能、研制周期和研制经费.随着飞行器快速总体方案设计的需求不断增大,迫切需要解决多专业集成的总体多学科优化.为满足飞行器总体设计需求建设了飞行器总体协同优化设计系统,主要用于飞行器多学科集成设计与优化分析,为飞行器总体方案论证工作服务.

摘要： 针对大型风力机计片中比较显著的气动/结构耦合,探讨了多学科优化方法在大型风力机叶片气动结构一体化设计中的可行性。分别建立了时片的基丁动量叶素理论的气动模型和六自由度铁摩辛科悬臂梁的有限元法结构模型,优化方法采用遗传算法,叶片输出功率为约束条件,叶片重量为优化目标,叶片弦长、蒙皮厚度等参数为优化变量。最后,在考虑多种运行风况的状态下,完成了1.5MW叶片的气动结构一体化设计,验证了多学科优化方法在大型风力机叶片气动结构一体化设计中的有效性。

摘要： 本文介绍一种针对大型固体火箭发动机方案制定的多学科优化技术--按费用优化设计技术.在方案制定阶段,以研究建立的大型固体火箭发动机性能模型、成本模型及基础参数体系为基础,采用多目标遗传算法对不同方案以及每个方案中各性能、成本参数不同取值条件下大型固体火箭发动机性能及成本进行计算、比较,最终得到性能价格比最优的方案,从设计角度降低大型固体火箭发动机研制及生产成本.

摘要： 计算流体力学(CFD)和计算电磁学(CEM)已经广泛应用于飞行器的气动/隐身设计、分析、评估和优化等工程实践中.本文结合自由变形参数化方法(FFD)、径向基函数插值算法(RBF)、雷诺平均N-S方程(RANS)求解器、矩量法(MoM)和序列二次规划算法(SQP)建立了基于梯度的高可信度飞行器外形气动隐身优化设计方法.根据RANS方程和混合场积分方程(CFIE)推导了对应的流场/电磁场伴随方程,通过对离散伴随方程的求解获得相应流场/电磁场参数的梯度.采用自动微分技术进行方程中偏导数项的计算,提高了程序开发效率.文本将伴随方程求解出来的梯度与有限差分法进行对比,验证了梯度求解的精度.最后对某跨音速机翼进行气动隐身优化,结果显示该方法具有较高的效率.

摘要： 本发明公开了一种多学科设计优化学科解耦方法，该方法在多学科耦合模型中针对学科组件之间存在相互变量依赖的耦合关系进行系统平衡分析，将同时存在正向连接和反馈连接的系统耦合环作为一个整体处理，使得原模型转变为有向有环的图数据结构，对反馈变量设置初值，求解图数据结构所对应的非线性方程，根据反馈变量计算结果与初值的差值设置反馈变量的新值，进而迭代运算直至收敛。通过本发明，提升了多学科设计优化流程的运行效率，提高了多学科设计优化方法的工程实用性，更容易得到产品设计的最优参数。

摘要： 一种基于CSSO和多精度优化模型的多学科可靠性设计优化方法，它有如下步骤：一、对于优化问题构造低精度模型，利用响应面法等获得；二、为了保证低精度近似模型和高精度模型的收敛一致性，使用乘法标度函数来限制构造的低精度模型；三、对于初始化优化模型集成并行子空间优化策略进行多学科分析；四、采用全局灵敏度方程GSE进行系统灵敏度分析；五、子空间并行优化；六、系统级协调优化；七、检测可信域，并调整其大小；八、基于先进均值法进行MPP搜索；九、判断可靠性，根据求出最可能失效点MPP，计算g(u

摘要： 本发明公开了一种多学科设计优化学科解耦方法，该方法在多学科耦合模型中针对学科组件之间存在相互变量依赖的耦合关系进行系统平衡分析，将同时存在正向连接和反馈连接的系统耦合环作为一个整体处理，使得原模型转变为有向有环的图数据结构，对反馈变量设置初值，求解图数据结构所对应的非线性方程，根据反馈变量计算结果与初值的差值设置反馈变量的新值，进而迭代运算直至收敛。通过本发明，提升了多学科设计优化流程的运行效率，提高了多学科设计优化方法的工程实用性，更容易得到产品设计的最优参数。

摘要： 本发明公开了一种基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化方法；其包括构建多学科可靠性设计优化模型，引入协同优化，对风电齿轮箱进行不确定分析并引入序列优化进行可靠性分析，构建基于序列协同优化的多学科设计优化模型并将其工程应用于风电齿轮箱，构建基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化模型，实现对风电齿轮箱进行多学科可靠性设计优化。本发明通过将多学科设计优化理论、协同优化理论以及序列优化理论相结合，解决了使用协同优化时，不确定因素的考量会使得兼容性约束变得复杂，系统级优化非线性特征增加从而导致设计结果不准确问题，从而满足风电齿轮箱产品高可靠性的要求。

摘要： 一种多学科优化仿真软件的优化器开发方法，该方法中的优化器插件包括插件接口模块、API接口模块、算法程序模块和插件界面模块，其中，插件接口模块实现仿真软件对优化器插件的功能调用；API接口模块实现优化器插件对软件中分析模型的调用；算法程序模块实现调用算法程序、执行优化策略的功能；插件界面模块实现图形化配置算法程序参数。本发明的接口简单易学，可以实现优化器插件程序的在线调试，缩短优化器插件开发周期，同时，优化器插件与仿真软件之间的调用和数据传递采用内存交互的方式进行，提高了优化器插件的运行效率。

摘要： 本发明公开了一种基于协同优化的高超声速飞行器气动/控制/结构多学科优化设计方法。该方法考虑气动、控制、结构学科之间的耦合效应，基于传统串行优化流程，实现包括系统级和学科级的三学科协同优化架构的构建；系统级将设计变量期望值传到各学科，各学科在满足其自身约束条件下，使其优化结果与系统级传递的期望值之间的差异最小，并返回给系统级；系统级利用学科间一致性约束进行优化，并将结果再次传给学科级；经过系统级优化和学科级优化之间的多次迭代，最终得到一个最优的整体设计方案。本发明在获取整体最优性能的同时能够提高计算效率，可为高超声速飞行器的先进设计提供高效合理可行的技术思路。

摘要： 本发明公开了一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台，还公开了一种汽车空气悬架系统的多学科优化方法，以Isight作为空气悬架系统多学科优化平台，依据悬架运动学、动力学、静力学进行协同优化，以此达到悬架的综合性能最佳。相较于相比较于传统悬架设计将悬架细化为各个模块，再依次对各个零件建模、求解这种单一的串行优化设计方式，本发明的空气悬架系统多学科优化平台可以从全局整体性能均衡，从而提升悬架设计质量，对未来悬架设计具有指导价值和工程应用意义。

摘要： 本发明涉及基于多学科优化的混合动力车辆动力系统优化测试方法，属于混合动力车辆动力系统研发技术领域。将能量管理测试平台应用在混合动力车辆上，在估算混合动力车辆行驶和作业工况的基础上，优化再生辅助动力系统；包括以下步骤，第一，针对不同布置结构类型的混合动力车辆，研发建立基于高保真和可扩展的混合动力车辆动力系统零部件模型库；第二，以混合动力车辆动力系统零部件模型库为基础研发基于多学科并行优化的动力系统优化和评估软件系统，并优化部件的尺寸和能量管理控制策略；第三，将优化的结果用于动力系统的设计，确定物理样机工程图纸；装配好物理样机后，进行动力系统硬件在环测试。本发明能缩短产品研发周期，减低研发成本。

摘要： 本发明公开一种并行子空间优化的临近空间飞艇多学科优化设计方法，包括步骤一、规划临近空间飞艇总体设计流程，明确优化变量、约束和目标以及气动、结构和能源子系统耦合关系；步骤二、分别对所述气动、结构和能源子系统进行参数化建模及其分析；步骤三：训练样本点建立样本空间，搭建代理模型；步骤四：根据优化策略，在ISIGHT平台上构建基于气动、结构和能量的并行子空间的优化框架，执行优化进程。该方法可用于解决临近空间飞艇气动、结构和能源一体化初步设计问题，在临近空间飞艇设计及优化的新思路探索上具有相当的参考价值。

摘要： 一种多学科优化仿真软件的优化器开发方法，该方法中的优化器插件包括插件接口模块、API接口模块、算法程序模块和插件界面模块，其中，插件接口模块实现仿真软件对优化器插件的功能调用；API接口模块实现优化器插件对软件中分析模型的调用；算法程序模块实现调用算法程序、执行优化策略的功能；插件界面模块实现图形化配置算法程序参数。本发明的接口简单易学，可以实现优化器插件程序的在线调试，缩短优化器插件开发周期，同时，优化器插件与仿真软件之间的调用和数据传递采用内存交互的方式进行，提高了优化器插件的运行效率。