多學(xué)科設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化的案例
eVTOL飛行器螺旋槳多學(xué)科設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化
在任何復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)優(yōu)化都是提高產(chǎn)品性能、滿足各種利益相關(guān)者要求、減少成本和上市時(shí)間的關(guān)鍵活動(dòng)。在設(shè)計(jì)空間的自動(dòng)搜索中，設(shè)計(jì)優(yōu)化廣泛使用了計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）仿真。工程系統(tǒng)結(jié)合了子系統(tǒng)和組件；每個(gè)部件都由不同的物理建模，性能評(píng)估涵蓋了一系列工程學(xué)科，包括：流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、電磁和許多其他學(xué)科。這種組合被稱為多學(xué)科設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化（MDAO）。使用MDAO框架的動(dòng)機(jī)是尋求一種行之有效的方法，以滿足不斷變化和日益復(fù)雜的環(huán)境的需求。
為什么要在eVTOL飛行器開(kāi)發(fā)中進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化（MDAO）
在過(guò)去的十年里，分布式電力推進(jìn)（DEP）在航空領(lǐng)域的興起為飛行器設(shè)計(jì)問(wèn)題增添了一種新的范式。電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器在獨(dú)特的多學(xué)科環(huán)境中工作。這類飛行器的螺旋槳必須在巡航以及垂直和過(guò)渡飛行模式下運(yùn)行。一些設(shè)計(jì)使用一組電動(dòng)高升力螺旋槳（HLP）來(lái)增加流量，以在低速飛行條件下增加升力，而其他設(shè)計(jì)可以為垂直或短距起飛和著陸（V/STOL）提供額外的推力。幾個(gè)概念旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)身空氣動(dòng)力學(xué)和戰(zhàn)略集成推進(jìn)器之間的良好相互作用，實(shí)現(xiàn)迄今為止無(wú)法實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)勢(shì)。這些螺旋槳必須結(jié)構(gòu)良好，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的飛行器過(guò)渡。
展開(kāi) 《OptiStruct分析及多學(xué)科結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》新鮮出爐
2017年，最開(kāi)始本教程的目的是將筆記本上記錄的筆記形成電子文檔，僅包含了部分OptiStruct的優(yōu)化內(nèi)容。OptiStruct是非常實(shí)用的優(yōu)化工具，雖然不及某些軟件炫酷，但是貴在實(shí)用。
2020年，萌生了匯總優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的想法，逐步增加了HyperStudy、Inspire、Isight、HyperMorph的內(nèi)容，注重方法，而不是適用于每種場(chǎng)景。也就是說(shuō)利用文中的方式，去嘗試解決其他問(wèn)題。對(duì)于優(yōu)化軟件，建議使用最新的版本，增加很多實(shí)用的功能，例如HyperStudy 2019以后增加的模態(tài)追蹤。對(duì)于多學(xué)科優(yōu)化，最主要的是如何搭建流程，提取分析結(jié)果作為響應(yīng)。
OptiStruct是個(gè)很好的工具，優(yōu)化、分析均可，因此在2021年，決定擴(kuò)充OptiStruct的分析內(nèi)容，從線性分析、非線性分析、NVH分析到疲勞分析，只有掌握了分析，才能有后續(xù)的優(yōu)化。
在常規(guī)的強(qiáng)度分析中，OptiStruct可以代替ABAQUS，雖然結(jié)果有差異，但是可以接受。
目前更新的版本具體內(nèi)容見(jiàn)目錄，此處不再贅述，對(duì)于想拓展分析和優(yōu)化能力的人來(lái)說(shuō)是不二之選。注：無(wú)法開(kāi)發(fā)票，介意者就不要考慮了；因?yàn)闊o(wú)法開(kāi)發(fā)票要求便宜點(diǎn)的，也不要考慮了；我是學(xué)生要求便宜點(diǎn)的，也不要考慮了，我被坑了幾次了。畢竟積累這些知識(shí)是需要大量的時(shí)間的，所以也請(qǐng)尊重知識(shí)付費(fèi)。
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目錄：
展開(kāi) 12/9 案例分析：旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
本案例主要介紹了基于Ansys專門(mén)優(yōu)化軟件optiSLang、旋轉(zhuǎn)機(jī)械氣動(dòng)仿真軟件CFX和結(jié)構(gòu)仿真軟件Mechanical對(duì)某軸流風(fēng)扇葉片進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化的過(guò)程；優(yōu)化目標(biāo)為在固定轉(zhuǎn)速和背壓條件下，盡可能增大風(fēng)扇流量并保證風(fēng)扇的最大應(yīng)力不超過(guò)限定值。通過(guò)該案例可掌握在Ansys軟件體系下進(jìn)行風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)、仿真和多學(xué)科優(yōu)化的一般流程和方法。
多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)研究
多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)研究part1
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多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)研究.part4.rar
多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)研究.part5.rar
汽車領(lǐng)域多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案--Optimus
汽車設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個(gè)學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域，包括結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、電池、光學(xué)等多學(xué)科的協(xié)同設(shè)計(jì)，不同學(xué)科之間數(shù)據(jù)難以傳遞，基于經(jīng)驗(yàn)的人工試錯(cuò)優(yōu)化過(guò)程導(dǎo)致研發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)成本高。
圖1 汽車領(lǐng)域多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
經(jīng)緯恒潤(rùn)基于Optimus工具提供多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案。Optimus是比利時(shí)Noesis Solutions公司著名的多學(xué)科過(guò)程集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品。通過(guò)Optimus軟件，可管理多學(xué)科的仿真流程及數(shù)據(jù)，自動(dòng)顯示和探索設(shè)計(jì)空間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的自動(dòng)性能優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多指標(biāo)參數(shù)的均衡優(yōu)化，能對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)的設(shè)計(jì)變更給出明確指導(dǎo)意見(jiàn)，在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)降低成本、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
圖2 多學(xué)科過(guò)程集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件--Optimus
Optimus功能模塊
Optimus具備仿真流程集成、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)建代理模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性和魯棒性優(yōu)化等功能。
? 多學(xué)科仿真流程集成
多學(xué)科仿真流程集成是進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化迭代的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同的前提條件。Optimus可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常用汽車領(lǐng)域CAD/CAE工具的集成與調(diào)用，將不同部門(mén)、不同專業(yè)的仿真工具集成起來(lái)，比如結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學(xué)等學(xué)科的仿真工具，在同一平臺(tái)下自動(dòng)調(diào)用各工具執(zhí)行多學(xué)科耦合仿真分析。
圖3 Optimus仿真流程集成界面
? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
科學(xué)地確定試驗(yàn)或仿真方案中的參數(shù)組合，采用少量代表性的試驗(yàn)方案，快速探索整個(gè)設(shè)計(jì)空間，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的靈敏度分析、相關(guān)性分析，辨別關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題有更深入的了解。
展開(kāi) 達(dá)索SIMULIA多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件Isight高級(jí)應(yīng)用研討論壇回顧
達(dá)索SIMULIA多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件Isight高級(jí)應(yīng)用研討論壇于2018年7月26日在杭州洲際酒店北京廳召開(kāi)。來(lái)自達(dá)索總部的專家，國(guó)內(nèi)的航空航天、鐵路、汽車、石油、能源動(dòng)力與高校等行業(yè)的高級(jí)客戶；以及達(dá)索的合作伙伴從全國(guó)各地齊聚杭州參加了此次技術(shù)高峰論壇。對(duì)基于多學(xué)科多領(lǐng)域的參數(shù)綜合優(yōu)化、設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化、分析流程模板、基于Isight的定制流程開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域進(jìn)行了多方面專業(yè)化的深入的技術(shù)交流。
多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件Isight高級(jí)應(yīng)用研討論壇注冊(cè)處：
大會(huì)于上午8：40時(shí)許召開(kāi)。首先由達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA品牌中國(guó)區(qū)總監(jiān)MikeSheh博士致開(kāi)場(chǎng)詞并介紹了大會(huì)的日程安排，并向到場(chǎng)的客戶、合作伙伴致謝。
達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA品牌中國(guó)區(qū)總監(jiān)Mike Sheh博士致開(kāi)場(chǎng)詞
達(dá)索SIMULIA多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件Isight應(yīng)用論壇主要內(nèi)容涵蓋以下十個(gè)方面：
Isight多學(xué)科有目標(biāo)優(yōu)化軟件在國(guó)際上的應(yīng)用（主要介紹在英國(guó)與日本的應(yīng)用情況）
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)的戰(zhàn)略規(guī)劃和版本更新。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在石油鉆井領(lǐng)域的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用。
Isight多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)定制化二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。
達(dá)索合作伙伴對(duì)Isight優(yōu)化技術(shù)的高級(jí)深度應(yīng)用。
展開(kāi) Optimus—多學(xué)科仿真集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)
Optimus是比利時(shí)Noesis Solutions公司專注研發(fā)的一款多學(xué)科仿真集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品。通過(guò)Optimus平臺(tái)，可管理多學(xué)科的仿真流程及數(shù)據(jù)，自動(dòng)顯示和探索設(shè)計(jì)空間，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的自動(dòng)性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多指標(biāo)參數(shù)的均衡優(yōu)化，能對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)的設(shè)計(jì)變更給出明確指導(dǎo)意見(jiàn)，在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)降低成本、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
產(chǎn)品介紹
?? 多學(xué)科仿真流程集成
多學(xué)科仿真流程集成是進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化迭代的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同的前提條件。Optimus支持對(duì)常用汽車領(lǐng)域三維建模、有限元仿真分析工具進(jìn)行集成與調(diào)用，將不同部門(mén)、不同專業(yè)的仿真工具集成起來(lái)，比如結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學(xué)等學(xué)科的仿真工具，在同一平臺(tái)下自動(dòng)調(diào)用各工具，執(zhí)行多學(xué)科耦合仿真分析。
?? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
科學(xué)地確定試驗(yàn)或仿真方案中的參數(shù)組合，采用少量代表性的試驗(yàn)方案，快速探索整個(gè)設(shè)計(jì)空間，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的靈敏度分析、相關(guān)性分析，辨別關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶深入了解設(shè)計(jì)問(wèn)題。
?? 代理模型
基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)/實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，建立反映設(shè)計(jì)參數(shù)與產(chǎn)品性能之間關(guān)系的近似模型，以數(shù)字化模型替換耗時(shí)仿真，大幅度提高優(yōu)化效率。
展開(kāi) DfAM專欄 | optiSLang多學(xué)科穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)
optiSLang的算法和模塊化工作流程生成由三個(gè)模塊支持：
敏感度分析可幫助用戶理解設(shè)計(jì)，專注于關(guān)鍵參數(shù)，檢查響應(yīng)變化的預(yù)測(cè)質(zhì)量，并自動(dòng)生成最佳元模型；
優(yōu)化設(shè)計(jì)有助于提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能；
魯棒性評(píng)估有助于用戶驗(yàn)證有關(guān)分散性材料參數(shù)、生產(chǎn)容差和變化環(huán)境條件的設(shè)計(jì)魯棒性。
這些模塊可通過(guò)optiSLang的拖放功能輕松應(yīng)用。使用基于向?qū)У脑O(shè)置，用戶能夠最大限度地簡(jiǎn)化輸入，只需設(shè)置參數(shù)范圍、隨機(jī)變量、約束和目標(biāo)。借助最佳實(shí)踐默認(rèn)設(shè)置與向?qū)е笇?dǎo)的模塊化工作流程，所有算法設(shè)置均可自動(dòng)生成。在優(yōu)化模塊中，算法根據(jù)敏感度分析的結(jié)果和額外的用戶輸入，推薦最高效、最合適的優(yōu)化策略。
可擴(kuò)展性
optiSLang的開(kāi)放式架構(gòu)便于用戶整合：
用于DOE、優(yōu)化、魯棒性等的算法；
元模型；
工具集成；
數(shù)據(jù)庫(kù)連接。
這些接口能夠滿足即將推出的可擴(kuò)展性功能的靈活性要求。
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展開(kāi) Optimus—多學(xué)科仿真集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)
Optimus是比利時(shí)Noesis Solutions公司專注研發(fā)的一款多學(xué)科仿真集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品。通過(guò)Optimus平臺(tái)，可管理多學(xué)科的仿真流程及數(shù)據(jù)，自動(dòng)顯示和探索設(shè)計(jì)空間，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的自動(dòng)性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多指標(biāo)參數(shù)的均衡優(yōu)化，能對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)的設(shè)計(jì)變更給出明確指導(dǎo)意見(jiàn)，在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)降低成本、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
產(chǎn)品介紹
多學(xué)科仿真流程集成
多學(xué)科仿真流程集成是進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化迭代的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同的前提條件。Optimus支持對(duì)常用汽車領(lǐng)域三維建模、有限元仿真分析工具進(jìn)行集成與調(diào)用，將不同部門(mén)、不同專業(yè)的仿真工具集成起來(lái)，比如結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學(xué)等學(xué)科的仿真工具，在同一平臺(tái)下自動(dòng)調(diào)用各工具，執(zhí)行多學(xué)科耦合仿真分析。
試驗(yàn)設(shè)計(jì)
科學(xué)地確定試驗(yàn)或仿真方案中的參數(shù)組合，采用少量代表性的試驗(yàn)方案，快速探索整個(gè)設(shè)計(jì)空間，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的靈敏度分析、相關(guān)性分析，辨別關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶深入了解設(shè)計(jì)問(wèn)題。
代理模型
基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)/實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，建立反映設(shè)計(jì)參數(shù)與產(chǎn)品性能之間關(guān)系的近似模型，以數(shù)字化模型替換耗時(shí)仿真，大幅度提高優(yōu)化效率。
優(yōu)化設(shè)計(jì)
具有完備的、經(jīng)驗(yàn)證的企業(yè)級(jí)優(yōu)化算法庫(kù)以及開(kāi)放的用戶優(yōu)化算法接口，適合求解設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束個(gè)數(shù)較多的復(fù)雜實(shí)際工程問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)基于代理模型快速優(yōu)化、基于仿真工作流優(yōu)化、可靠性優(yōu)化、多級(jí)別優(yōu)化和組合優(yōu)化。
參數(shù)標(biāo)定
當(dāng)仿真模型不準(zhǔn)確時(shí)，可以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行標(biāo)定。
展開(kāi) 一文了解基于Motor-CAD的電機(jī)快速多學(xué)科設(shè)計(jì)與優(yōu)化
這要求電機(jī)設(shè)計(jì)必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多物理場(chǎng)性能，同時(shí)還要考慮電機(jī)的成本、研發(fā)周期等因素，如何在最短的時(shí)間內(nèi)將一款高性能、低成本的電機(jī)產(chǎn)品推向市場(chǎng)是目前各大電機(jī)廠商面對(duì)的難題。
現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的多學(xué)科、強(qiáng)耦合、多變量、非線性的問(wèn)題，在其中多學(xué)科分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)扮演了非常重要的角色。電機(jī)設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)要求設(shè)計(jì)工具需要具有以下幾方面特征：
兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業(yè)的前、后處理功能
電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產(chǎn)品研發(fā)周期的需求
電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度的分析需要在電磁設(shè)計(jì)階段同時(shí)進(jìn)行，以減少設(shè)計(jì)迭代
將同時(shí)具有以上特征的設(shè)計(jì)工具與優(yōu)化工具相結(jié)合，工程師便可以兼顧電磁、熱、機(jī)械性能，在電機(jī)設(shè)計(jì)初期獲得較好的設(shè)計(jì)方案，為后面的精確分析與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
Ansys解決方案：
Ansys Motor-CAD 集成了電磁場(chǎng)有限元法、磁路法、熱路法、結(jié)構(gòu)有限元法，20 年積累的豐富電磁熱計(jì)算經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有效提升了不同種類、不同冷卻型式電機(jī)電磁與熱計(jì)算的效率。借助Motor-CAD與optiSLang，電機(jī)工程師可以在概念設(shè)計(jì)階段快速評(píng)估設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)電磁、熱、機(jī)械強(qiáng)度的綜合影響，在最短時(shí)間內(nèi)給出電機(jī)最佳初始設(shè)計(jì)方案，另外借助Motor-CAD與Maxwell、Twin Builder之間的軟件接口，工程師可進(jìn)一步對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電磁場(chǎng)高精度分析、系統(tǒng)級(jí)場(chǎng)路協(xié)同仿真分析。
展開(kāi) iSIGHT多學(xué)科優(yōu)化應(yīng)用: NASA太空望遠(yuǎn)鏡(NGST)熱、結(jié)構(gòu)、光學(xué)多學(xué)科優(yōu)化
典型的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題：
光學(xué)：CODE V® optical software
結(jié)構(gòu)：MSC/NASTRAN® structural analyzer
熱： SINDA/FLUINT and Thermal Desktop thermal design system.
optiOpt-ICES2002b_SINDA.pdf
3/18 OptiSLang多學(xué)科穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
內(nèi)容簡(jiǎn)介
Ansys optislang是一款可以與多種CAE軟件集成，進(jìn)而可以對(duì)工程仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化、參數(shù)靈敏度分析、隨機(jī)性分析、穩(wěn)健性與可靠性分析等。可以幫助企業(yè)應(yīng)用于如下工程設(shè)計(jì)問(wèn)題：
①：客戶要求極致設(shè)計(jì)，但是憑借經(jīng)驗(yàn)又無(wú)法確定設(shè)計(jì)參數(shù)。例如剛強(qiáng)度、模態(tài)等滿足要求情況下，要求質(zhì)量最輕。
②：客戶要求的某些性能導(dǎo)致設(shè)計(jì)參數(shù)相互沖突，設(shè)計(jì)人員無(wú)法確定設(shè)計(jì)參數(shù)。例如及要求卡子的裝配力大于某個(gè)值，又要求拔出力小于某個(gè)值，或者滿足指定范圍。
③：企業(yè)工程師仿真技術(shù)欠缺，進(jìn)而可以結(jié)合Ansys mechanical進(jìn)行便捷的操作和DOE設(shè)計(jì)等。
展開(kāi) 基于SFE全參數(shù)化副車架多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)周邊部件的包絡(luò)確定拓?fù)?em>設(shè)計(jì)空間，設(shè)置相應(yīng)目標(biāo)和約束，通過(guò)材料的堆積程度來(lái)識(shí)別重要路徑，對(duì)薄弱區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性加強(qiáng)設(shè)計(jì)，對(duì)性能貢獻(xiàn)程度低的區(qū)域進(jìn)行材料去除或厚度減薄設(shè)計(jì)，做到材料利用最大化，在結(jié)構(gòu)性能提升的同時(shí)還能減輕重量。
2.2 多目標(biāo)參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)
概念設(shè)計(jì)階段確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式后，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段需要對(duì)結(jié)構(gòu)斷面形式、材料厚度等進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化設(shè)計(jì)。多目標(biāo)參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法區(qū)別于傳統(tǒng)CAD-CAE設(shè)計(jì)思路，全參數(shù)化模型結(jié)合自動(dòng)化優(yōu)化工具，在有限的設(shè)計(jì)周期內(nèi)能更快速地進(jìn)行方案迭代，并能解決NVH、耐久等矛盾性能的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，有效避免了設(shè)計(jì)的盲目性。
三、性能分析
副車架的性能分析包括強(qiáng)度分析、模態(tài)分析、動(dòng)剛度分析、疲勞分析等。
3.1 強(qiáng)度分析
強(qiáng)度分析采用慣性釋放法，考察工況根據(jù)公司內(nèi)部規(guī)范進(jìn)行，一般包括常規(guī)工況和極限工況。首先進(jìn)行初始性能分析，然后根據(jù)受力狀態(tài)和分析結(jié)果進(jìn)行篩選用于多學(xué)科優(yōu)化分析中的分析工況（當(dāng)然不進(jìn)行工況篩選包絡(luò)，用全部工況用于多學(xué)科優(yōu)化亦可以）。本例中為工況5、8用于多學(xué)科優(yōu)化分析。
3.2 模態(tài)分析
副車架采用自由模態(tài)分析，校核第一階模態(tài)。
3.3 動(dòng)剛度分析
本例中副車架共考察6個(gè)接附點(diǎn)動(dòng)剛度。具體多學(xué)科優(yōu)化分析時(shí)需要考察哪些安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度值，需要根據(jù)變量位置進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)然如果不確定是否有影響，可以把所有安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度作為多學(xué)科優(yōu)化時(shí)考察的性能。
3.4 疲勞性能
副車架疲勞分析可以進(jìn)行基于道路譜載荷或臺(tái)架載荷。疲勞性能可以作為校核性能，不在多學(xué)科優(yōu)化時(shí)考慮。（當(dāng)然亦可以在多學(xué)科優(yōu)化時(shí)考慮疲勞性能，具體方法如車輪多學(xué)科系列文章所述）。本例中多學(xué)科優(yōu)化時(shí)不考慮疲勞分析。疲勞分析作為校核工況在進(jìn)行分析。
四。
展開(kāi) 渦輪葉片一維氣動(dòng)方案多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
渦輪葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及氣動(dòng)、幾何、結(jié)構(gòu)、材料、強(qiáng)度、溫度等多個(gè)學(xué)科需要用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行渦輪葉片的設(shè)計(jì)。本文應(yīng)用軟件和基于精化網(wǎng)格法的自編程序分別進(jìn)行了渦輪葉片一維氣動(dòng)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)軟件中不同算法的求解與對(duì)比分析為基于三維精確仿真的渦輪葉片多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的優(yōu)化算法選擇提供了參考。應(yīng)用精化網(wǎng)格法編制的多級(jí)渦輪葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)程序根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總體提出的性能要求與約束條件計(jì)算得到了多級(jí)渦輪熱態(tài)子午流程通道以及渦輪葉片氣動(dòng)三角形等參數(shù)為基于三維精確仿真的渦輪葉片多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了初始的設(shè)計(jì)點(diǎn)
渦輪葉片一維氣動(dòng)方案多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf
展開(kāi) 基于 Ansys Motor-CAD 與 optiSLang 的電機(jī)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)（下）
優(yōu)化分析結(jié)果
當(dāng)加入 Optimization 模塊后，軟件會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建 Validator（有限元驗(yàn)證）的Workflow，在優(yōu)化結(jié)束后，optiSLang 會(huì)自動(dòng)把帕累托前沿上的設(shè)計(jì)點(diǎn)發(fā)送到 Validator 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，并提供 MOP 與有限元分析結(jié)果對(duì)比。
有限元對(duì)比驗(yàn)證
通過(guò)對(duì)比視圖，可以方便的查看 MOP 與有限元驗(yàn)證結(jié)果之間的誤差，本例的精度還是可以滿足工程需求，雖然基于 MOP 模型的優(yōu)化方法犧牲了一點(diǎn)精度，但是節(jié)省了大量的計(jì)算成本，更加重要的是，僅僅基于一次敏感性分析得到的 MOP 模型，我們可以嘗試采用不同的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化分析，充分探索設(shè)計(jì)空間與設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的關(guān)系。
MOP 和有限元驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比
優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案
通過(guò)本文的例子我們可以看到，將強(qiáng)大的 Ansys Motor-CAD 與 optiSLang 相結(jié)合則如虎添翼，收獲超強(qiáng)電機(jī)設(shè)計(jì)工具，這種效應(yīng)是 1+1 大于 2 的，利用這個(gè)工具，電機(jī)工程師不僅能解決電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，也可以進(jìn)行電機(jī)各種設(shè)計(jì)參數(shù)之間的 trade-off 分析，還可以基于高保真的 MOP 模型，研究設(shè)計(jì)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的相關(guān)性，這在電機(jī)概念設(shè)計(jì)階是非常有意義的。
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