磁力機械多場耦合及多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、磁力機械的工作過程涉及到機械學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)等多個學(xué)科，其內(nèi)部普遍存在著電磁場、溫度場、運動場等多個物理場，場內(nèi)及場間存在著相互制約關(guān)系和耦聯(lián)作用，它們決定了各子系統(tǒng)物理參數(shù)的變化關(guān)系和工作可靠性。磁力機械的分析研究與設(shè)計優(yōu)化必須考慮這些耦合關(guān)系。本文系統(tǒng)地研究了磁力機械中存在的多場耦合及分析方法，并引入了考慮多場耦合的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計方法，在一定程度上完善了磁力機械設(shè)計體系，并為求解類似的機電耦合系統(tǒng)提供了解決方案。
　　 本

2、文從課題的研究背景出發(fā)，對磁力機械、動態(tài)特性研究、多場耦合及多學(xué)科優(yōu)化問題的概念、特點、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了歸納總結(jié)，指出了現(xiàn)有設(shè)計分析方法的不足，分析了考慮多場耦合的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的重要意義。列舉了磁力機械分析中的物理場數(shù)學(xué)模型，提出了通用的場描述數(shù)學(xué)模型，并討論了場量方程的耦合矩陣形式，為全文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文在對多種局部耦合問題分類分析的基礎(chǔ)上，建立了磁力機械的全局耦合分析模型，討論了多場耦合的求解思路。系統(tǒng)性

3、地研究了多場耦合問題的求解方法，包括場分解方法、耦合策略、耦合算法等。通過對各子問題求解過程的共性分析，明確了可進行表達、傳遞的數(shù)據(jù)信息和方法，并提出使用語義描述、數(shù)據(jù)傳遞及知識工程建立多場耦合分析系統(tǒng)的方法。為分析動態(tài)特性、熱效應(yīng)等具體的多場耦合問題提供了方法基礎(chǔ)。
　　 對于磁力機械設(shè)計中的動態(tài)特性分析問題，論文在通用模型的基礎(chǔ)上給出了適應(yīng)不同情況的數(shù)學(xué)模型。針對微分方程，提出了基于交替迭代策略的間接耦合方法和基于全耦合策略

4、的將耦合矩陣方程進行時空離散的直接耦合方法，求解了電-磁-運動的動力學(xué)耦合場問題，計算了動態(tài)設(shè)計參數(shù)，得到了動態(tài)特性曲線。對于磁力機械中電磁及機械運動共同作用下的溫度場問題，論文詳細(xì)分析了隨時間變化的熱源、熱邊界，熱系數(shù)、傳熱機制等，并將機械損耗產(chǎn)生的熱量納入分析熱源中。論述了磁力機械溫度場與電磁場、機械運動的耦合關(guān)系，使用時步迭代方法解決了電磁-機械-熱耦合問題，通過摩擦式電磁離合器主動組件的三維溫度場分析實例詳細(xì)說明了考慮耦合的溫度

5、場有限元分析方法和過程。
　　 將考慮多場耦合的多學(xué)科設(shè)計方法引入到磁力機械的優(yōu)化設(shè)計中，避免了復(fù)雜系統(tǒng)計算時間過長、邏輯混亂的問題，以及傳統(tǒng)串行算法割裂學(xué)科間耦合關(guān)系難以求解全局最優(yōu)解的問題。為了解決CO算法不容易收斂的問題，提出了CO與SAND方法結(jié)合的二級多學(xué)科優(yōu)化算法，給出了算法架構(gòu)和計算流程。計算證明該方法有效地減少了子系統(tǒng)優(yōu)化迭代次數(shù)，增強了算法的收斂性能。由于學(xué)科分析采用計算機模擬，計算時間長，因此優(yōu)化中采用近似技