船用柴油機關(guān)鍵件多學科設計優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代船舶對船用柴油機綜合性能要求的提高，要求在其設計開發(fā)過程中綜合考慮各學科之間的耦合，提高船用柴油機的整體設計水平。本文針對船用柴油機關(guān)鍵件設計優(yōu)化問題，結(jié)合復雜系統(tǒng)建模理論，構(gòu)建了基于多學科設計優(yōu)化(Multidisciplinary DesignOptimization，MDO)的船用柴油機關(guān)鍵件多學科協(xié)同設計總體技術(shù)框架，對其涉及的復雜系統(tǒng)建模與分解、多學科優(yōu)化模型處理、多目標優(yōu)化決策等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究。在此基礎(chǔ)上，結(jié)

2、合CAD/CAE/CAO一體化集成的產(chǎn)品協(xié)同設計思想，開發(fā)了面向船用柴油機多學科設計優(yōu)化的快速設計集成系統(tǒng)平臺，從而有效地支持我國船用柴油機的設計和開發(fā)過程。
　　論文開展的主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)基于復雜系統(tǒng)建模理論，提出了船用柴油機關(guān)鍵件多學科協(xié)同設計優(yōu)化總體技術(shù)框架，分析了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，并建立了多層次的船用柴油機關(guān)鍵件多學科設計優(yōu)化模型及其求解策略。分析了船用柴油機結(jié)構(gòu)設計涉及的結(jié)構(gòu)強度、振動和熱學等學科設

3、計要求，并從“產(chǎn)品級-系統(tǒng)級-部件級-零件級”四個層次對其結(jié)構(gòu)設計的性能耦合與設計分析手段進行解析。
　　(2)針對復雜系統(tǒng)多學科設計優(yōu)化的學科分析模型的精度問題，提出了考慮復雜結(jié)構(gòu)結(jié)合面特性的多學科性能精細化仿真建模方法，并通過靜、動力學實驗對組合結(jié)構(gòu)的非線性特性進行了系統(tǒng)研究;針對仿真分析模型的可重用性問題，提出了基于主模型的MDO多視圖建模方法，實現(xiàn)了基于多視圖模型的船用柴油機關(guān)鍵件多學科設計優(yōu)化。
　　(3)針對多學

4、科設計優(yōu)化的效率和精度的協(xié)調(diào)問題，提出了基于數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的多學科優(yōu)化模型約簡方法。結(jié)合試驗設計和代理模型技術(shù)，完成了柴油機運動機構(gòu)多學科優(yōu)化模型的簡化，實現(xiàn)了船用柴油機等復雜產(chǎn)品多學科優(yōu)化過程的精度和效率的有效協(xié)調(diào)。
　　(4)針對多學科設計優(yōu)化中的目標決策問題，對經(jīng)典的多目標進化算法進行了比較研究，選取典型測試函數(shù)對其Pareto最優(yōu)化解集的分布性、魯棒性和運行效率等性能進行綜合了評價;提出了基于穩(wěn)健性設計的多目標組合優(yōu)化