多学科优化设计

摘要： 跨声速运输类飞机由于机翼展弦比大,使得气动加载下机翼变形量大,气动/结构耦合效应明显,因而开展耦合优化设计对提升飞机综合性能具有重要意义。本文研发了一种对该类机翼进行变可信度气动/结构耦合优化设计的自主软件平台(AeroStruct),气动数值模拟可选用N-S/Euler/全速势方程,结构数值模拟集成了结构有限元分析平台,气动/结构耦合分析采用径向基函数插值方法进行数据传递,在自主开发的SurroOpt代理优化软件基础上集成分析模块,实现了考虑静气动弹性效应的机翼气动/结构耦合优化设计。对uCRM-9标模机翼进行了包含76个设计变量的减重优化设计,最优方案比基准机翼结构质量减小约13%,优化效果显著。

摘要： 面对称飞行器是涉及气动力、气动热、控制等多学科强耦合的复杂系统,为了准确把握设计备选方案、设计参数和性能之间的关系,并有效探索该类飞行器的设计空间,实现飞行器的总体集成优化设计,需要开展飞行器多学科设计研究。以飞行器气动外形优化为例,总结了近年来MDO的工程应用成果。

摘要： 多学科优化设计框架在飞行器外形设计领域发挥着至关重要的作用.针对国内缺少自主MDO框架的状况,基于工作流技术开发出一款MDO框架软件.该软件完全遵循软件工程思想,集成了多个学科分析工具链和多套优化算法,支持本地/集群模式的学科分析计算,并借助数据库实现了数据的持久性存储.针对某飞行器进行了多目标多学科的优化设计实践,结果表明该框架具有较高的自动化程度和良好的通用性.

摘要： 机翼是实现战斗机飞行性能最主要的部件,翼型是组成机翼的基本元素.要发展跨代优势的战斗机,在其所用翼型设计上需要创新和突破.本文在回顾第一代到第四代战斗机气动布局特点基础上,总结了每一代战斗机气动布局所用机翼翼型的设计特点及发展变化趋势.从战斗机跨代发展来看,其所用翼型设计从起初仅注重单一飞行性能点需求逐渐发展到兼顾考虑多目标多学科的设计需求.新一代战斗机将具备宽频隐身、大航程、高机动等能力需求,本文提出超扁平无尾气动布局是最可能采用的气动布局形式.对于新一代战斗机的发展,亟需发展具有综合优良性能的新一代翼型.本文从多个角度分析了新一代翼型的设计需求,未来翼型将更加注重气动、隐身、控制、结构、智能材料和变体技术等多学科多目标的综合设计优化,保证战斗机具备更优越的飞行品质和作战性能指标.

摘要： 为了提高角接触球轴承的性能,以双列角接触球轴承为研究对象,提出一种基于Isight多学科优化技术的双列角接触球轴承优化设计方法.然后,以双列角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷为性能指标,采用最优拉丁超立方设计方法,对双列对角接触轴承结构设计参数进行灵敏度分析.搭建Isight和MATLAB联合仿真平台,采用NSGA-Ⅱ优化算法对3210角接触球轴承结构设计参数进行优化设计.结果 表明,优化后的3210角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷相对于轴承手册标准值分别提高了63.93％和75.98％.同时,与基于免疫算法的3210角接触球轴承优化设计进行比较.研究结果表明:采用多学科优化设计方法优化后的3210角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷相对于免疫算法的优化结果,分别提高了4.997％和1.370％.

摘要： 以风力发电机组噪声模式为研究对象,耦合基于经验的风力发电机组叶片噪声BPM模型和叶素动量理论,综合考虑噪声辐射和发电量,以风力发电机组噪声声功率级为约束条件,发电量最大化为优化目标,提出大型风力发电机组的噪声模式多学科优化设计方法.基于该方法设计WD 115-2000机型的噪声模式,结果表明,风力发电机组噪声声功率级降低1.3～4.8 dB,年发电量损失1％～7％,较传统的降转速方案提升年发电量1.2～2.2％.

摘要： 纳型卫星的低成本研制与长期可靠运行、微型化需求与现有器/部件水平,以及受限的资源与高性能有效载荷之间形成了3组矛盾.针对上述问题,文章从多学科优化和总体架构设计、微机电器/部件研制方法及高性能有效载荷空间应用方式3个层次开展研究,介绍了基于多学科优化的纳型卫星平台研制技术、星上高性能微机电器/部件技术,以及适用于纳型卫星平台搭载的有效载荷应用技术.研究成果已在我国多个商业卫星星群,以及探月工程、高分专项等任务中进行了批量化应用.

摘要： 建立了一种基于代理模型的CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structure Dynamics)耦合的多学科优化设计框架.该方法通过采用高精度的计算模型提高气动和结构特性分析的准确性,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决了采用高精度模型后计算量太大的问题.采用RBF插值方法进行流固耦合界面数据插值,保证了静气动弹性计算中气动与结构学科数据传递的准确性。利用建立的优化设计系统对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后气动和结构特性获得了明显的改进,证明了本文方法的有效性。

摘要： 提出以飞行器巡航外形作为设计对象,构建了改进的型架外形修正方法评估飞行器的气动和结构特性,较传统的静气动弹性方法效率提高了4倍以上.以此为基础建立了一种新的飞行器气动/结构耦合多学科优化设计框架,将优化效率提高4倍以上.采用数值求解NS方程和结构有限元方程方法作为气动和结构学科的分析工具,保证了设计结果的可信性.算例表明以巡航外形作为设计对象能够获得与传统方法一致的飞行器气动与结构特性,以此为基础开展的无人机气动外形优化设计也获得了良好的设计结果.

摘要： 建立了一种基于代理模型的CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/ Computational Structure Dynamics)耦合的多学科优化设计框架.该方法通过采用高精度的计算模型提高气动和结构特性分析的准确性,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决采用高精度模型后计算量太大的问题.采用建立的优化设计系统对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后气动和结构特性获得了明显的改进,证明了本文方法的有效性.

摘要： 现代机械产品的设计变得越来越复杂，在新产品设计过程中涉及到的学科知识也越来也多。目前单学科的分析工具越来越成熟、越来越精密，对复杂机械产品设计来说，最重要的是如何将最新的技术成果和分析工具有效地结合起来。本文提出了一个基于J2EE标准的软件集成框架。该框架对当前流行的CAD/CAE工具进行了二次开发和集成，解决了针对多领域、多特长的CAD/CAE 工具资源分离的现象，有效地利用现有的网络资源对模型文件、数据文件进行统一管理，大大提高了网络资源的交流与共享。该框架以FIPER为核心对Pro/E、ANSYS、ADAMS进行了二次开发和集成，针对复杂机械产品设计中多场耦合的现象利用iSIGHT-FD进行解耦建模，多场分析，并对单元件和子结构进行仿真分析和虚拟实验。实现了在一个平台上将复杂机械产品不同的设计阶段并行进行，多工程师并行设计，异地协同设计的技术难点。软件框架中针对多领域CAD/CAE/CAX建模中的视图一致性难题，给出了一种多学科主视图的建模方法，解决了数字化环境下多学科CAE视图模型藕合仿真的难题。针对多学科优化设计、仿真与虚拟实验三者之间的资源数据共享与互访的难题。探讨并分析出虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程，实现了复杂机械产品的多学科集成设计与后续优化仿真与数字样机相结合的平台技术，为机械产品的数字化设计优化仿真与虚拟实验提供了更高层次的应用平台。

摘要： 本文选取复杂壳段结构为例,壳段包括网格加筋结构,锥段结构及十字梁结构。采用多学科优化技术对其进行整体优化设计。首先分别对上述三种不同形式的结构建立参数化有限元分析模型,通过定义粘接关系将其联合为一个整体,最后以结构质量最轻为优化目标,以结构刚度、强度、自振频率及屈曲失稳系数要求为约束条件,对26个几何可设计参数进行了优化,确定了结构最佳设计参数,从而实现了同时满足多个学科要求下的质量最小化优化设计。

摘要： 本文研究了概念设计阶段船舶主尺度及船型系数的优化方法。基于多学科优化设计MDO原理，通过学科分析，将船体系统分解为阻力、推进、耐波、可用空间等子模块。选取快速性、耐波性为优化目标，可用空间作为约束条件，设计水线长、设计水线宽、排水量、型深、吃水及主要船型系数等16个参数作为设计变量，采用多目标遗传进化算法进行优化，求出PARETO最优解。使用Microsoft Visual Studio 2005作为编程语言编写方案生成模块，性能计算模块、可用空间模块及可行性分析模块;使用SQL Server 2005作为数据库进行初始数据装订及生成方案保存;进化算法中编写了两种编码方式、三种选择方式及三种交叉方式以供选择。

摘要： 自治水下潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)主要应用于海底地形勘探、海底资源及地质调查、海洋环境和水文测量、生物考察的科学研究和军事勘察等方面。本文采用多学科设计优化方法对AUV进行总体概念设计，可满足各个学科的性能指标要求，并保证设计结果最优。同时探讨将试验设计方法与所构建两级分层(Bi-level Hierarchy)的多学科优化设计框架相结合，并通过多种优化搜索策略和多组初始设计值的多学科优化设计结果比较和试验设计方法分析设计变量与目标函数的相关性来对AUV总体概念设计结果最有影响的因素进行说明。

摘要： 飞机重量设计贯穿飞机研制始终,自第一架飞机的诞生到现在,乃至未来飞行器的设计,重量设计都是永恒的话题。本文针对现今能够达到的技术和航空技术发展的趋势进行分析,初建基于多学科优化下的飞机重量设计模型并进行可行性探讨。

摘要： 本文针对传统平流层飞艇外形设计中存在的问题,引入多学科理念对飞艇气动、结构、强度进行了一体化设计,并将遗传算法引入到优化设计当中,结合双循环枚举优化开展了混合优化策略研究,在此基础上,搭建了流程框架,编制了优化程序.最后进行了算例分析,结果表明:利用混合优化策略进行飞艇外形优化是合理可行的,且能在一定程度上减小计算时间、提高优化效率;另外,针对不同权重开展的艇形优化表明:在进行平流层飞艇设计时,不能仅将减阻做为研究重点,还应全面考虑结构重量、强度等其它因素.

摘要： 本文针对传统平流层飞艇外形设计中存在的问题,引入多学科理念对飞艇气动、结构、强度进行了一体化设计,并将遗传算法引入到优化设计当中,结合双循环枚举优化开展了混合优化策略研究,在此基础上,搭建了流程框架,编制了优化程序.最后进行了算例分析,结果表明:利用混合优化策略进行飞艇外形优化是合理可行的,且能在一定程度上减小计算时间、提高优化效率;另外,针对不同权重开展的艇形优化表明:在进行平流层飞艇设计时,不能仅将减阻做为研究重点,还应全面考虑结构重量、强度等其它因素.

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： 基于遗传粒子群多学科设计优化算法的导弹参数设计方法，涉及导弹参数设计方法。本发明为了解决现有的基于智能优化算法的导弹参数设计方法不适用于多学科下设计参数较多且存在变量耦合现象的情况。本发明选取发动机喉径、发动机燃烧面面积、发动机装药肉厚、导弹外径、发动机比冲、发动机质量、燃料质量、弹翼根弦长、尾翼根梢长、尾翼梢弦长作为设计参数：然后利用遗传算法对标准粒子群算法中的三个控制参数w、c

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： 基于遗传粒子群多学科设计优化算法的导弹参数设计方法，涉及导弹参数设计方法。本发明为了解决现有的基于智能优化算法的导弹参数设计方法不适用于多学科下设计参数较多且存在变量耦合现象的情况。本发明选取发动机喉径、发动机燃烧面面积、发动机装药肉厚、导弹外径、发动机比冲、发动机质量、燃料质量、弹翼根弦长、尾翼根梢长、尾翼梢弦长作为设计参数：然后利用遗传算法对标准粒子群算法中的三个控制参数w、c

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： 本发明涉及一种海水淡化泵叶轮结构多学科优化设计方法，其解决如何对叶轮进行优化设计从而提高海水淡化泵水力效率和运行稳定性的技术问题，其将试验设计方法、单向稳态流固耦合仿真计算、BP神经网络以及多目标粒子群算法相结合，从流体力学和结构力学两方面对海水淡化泵叶轮结构进行设计。本发明广泛用于海水淡化泵的设计与制造。