多学科优化介绍

飞行器多学科设计优化复习题

1. 优化设计问题的三要素是什么？给出一个优化设计问题的例子，分别说明三个要素的具体内容。

三要素分别是设计变量，约束条件和目标函数。

以结构优化设计为例，设计变量可能是蒙皮厚度，前后翼梁缘条厚度，前后翼梁腹板厚度等结构参数；约束条件是机翼强度要求、刚度要求等目标函数是最小化结构重量。

2. 飞行器设计一般分哪几个阶段？飞行器多学科优化设计有什么意义？

飞行器设计分三个阶段：概念设计、初步设计、详细设计。

飞行器MDO的意义为：

（1） MDO符合系统工程的思想。能有效提高飞行器的设计质量

（2） MDO为飞行器设计提供了一种并行设计模式。

（3） MDO的设计模式与飞行器设计组织体制一致，能够实现更高程度的自动化。

（4） MDO的模块化结构使飞行器设计过程具有很强的灵活性。

3. 在飞行器设计过程中，多学科设计优化方法与传统设计方法之间有哪些相同和不同点。

传统的飞行器设计优化中 ,采取的是一种串行的设计模式，往往首先进行性能设计优化 ,然后进行结构、操纵和控制系统设计优化 ,最后进行工艺装备设计。在传统的方法中，各个学科任务成了实现系统设计的最基本单元，影响飞机性能的气动、推进、结构和控制等学科被人为地割裂开来，各学科之间相互耦合所产生的协同效应并未被充分考虑进去，这可能导致失去系统的整体最优解，串行的模式也使得设计时间周期和成本大大增加 。

而多学科优化设计技术是一种并行设计模式，它以各子系统、学科的优化设计为基础，在飞行器各个阶段力求各学科的平衡，充分考虑哥们学科之间的相互影响和耦合作用，应用有效的设计/优化策略和分布式计算机网络系统，来组织和管理整个系统的设计过程，通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，以获得系统的整体最优解。

相同点在于都有对于子学科的分解，但是MDO更注重子学科间的协同。

4. 给出MDO的三种定义，根据你的理解，MDO该如何定义？

第２３卷第５期ｆ总第１０４期）　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．５（ＳＵＭ　Ｎｏ．１０４）　机械管理开发　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ　２（ｘ】８年１０月　０ｃｔ．２（ｘ】８　

多学科设计优化技术现状及趋势　

毛虎平　

（中北大学机电Ｔ程学院，Ｌｈ西　太原０３００５１）　【摘　要】　介绍国内外多学科设计优化技术的现状与发展。ＡＸ．ＭＤＯ的主要思想、基本研究内容、涉及的理论基础展　

开，重点介绍了ＭＤＯ涉及的理论基础中的搜索策略，预测了ＭＤＯ的发展趋势，　【关键词】　多学科设计优化：搜索策略；ＭＤＯ　【中图分类号】ＴＨＩ２２　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００３—７７３Ｘ（２００８）０５—００５４—０３　Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　

Ｄｅｓｉｇｎ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＭＡＯ　Ｈｕ－ｐｉｎｇ　

（Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００５　１　Ｓｈａｎｘｉ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＭＤ０　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｉｄｅａｓ，ａｎｄ　ｂａｓｉｃ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｆｉ）ｕｎｄａｔｉｏｎ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｉｔｓ　ｓｔａｒｔ，ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ＭＤＯ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅａｒｃｈ　ｓｔｒａｔｅｇｙ，Ｉｔ　ｆｏｒｅｃａｓｔｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＤＯ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｍｕｌｔｉ—ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｓｅａｒｃｈ　ｓｔｒａｔｅｇｙ。ｔｒｅｎｄｓ；ＭＤＯ　

多学科设计优化

HEEDS ® MDO——多学科设计优化软件

多学科

不论是结构问题（线性或非线性，静态或动态，散装材料或复合材料）、流体问题、热力学问题，或者声学问题、NVH问题、动力学问题以及同时存在以上几项问题，HEEDS MDO都可以帮助用户寻找最佳解决方案。

易于使用的界面

虽然HEEDS MDO使用的技术很复杂，但是软件用户界面友好。它特有的选项卡界面可以使用户明确项目建立和执行的六个过程。

与诸多CAE工具的连接

HEEDS MDO与所有常用的CAE应用软件均有接口，使设计优化过程自动化。它还能调用多种软件工具进行前处理，后处理，分析计算和多学科优化。HEEDS MDO为以下工具提供输入和输出接口：

 Abaqus

 ANSYS WB

 Excel

 LS-DYNA

 Nastran  NX

 Solidworks

 SW Simulation

另外，HEEDS MDO提供一种通用接口生成ASCII格式的输入输出文件，从而可以连接所有商业或者私有CAE工具。如果您不确定您的工具是否与HEEDS MDO兼容，可以联系我们。

独有的优化技术

HEEDS MDO默认的研发方式-SHERPA采用多重研发策略，可以动态和实时的随着优化范围的变化调整针对问题的研发方式。用户可以利用HEEDS软件进行众多的分析，快速确定优化空间，省去了众多的试验费用及时间；从大量的模型参数中提取出敏感参数，并对敏感性参数进行评估；对模型的健壮性和可靠性进行评估。通过对模型参数的优化，达到减少模型质量与成本的目的。

通过HEED优化分析，车身减重33.5kg 并行优化技术

HEEDS PARALLEL通过同时提交多个方案给不同的处理器，提高优化速度，且速度提高与硬件及软件资源几乎是线性的关系。

典型应用

第２７卷第３期　２０１３年９月　湖北汽车工业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１３　ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００８—５４８３．２０１３．０３．００３　自卸车货箱多学科优化设计　史朝军　，一，张胜兰　，杨罄梁　（１．武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉４３００８１；２．湖北汽车工业学院汽车工程学院，湖北十堰４４２００２）　摘要：对某自卸车货箱进行包括线性静力和振动模态的多学科优化，并对优化结果进行了稳健性设计，确定了在　随机误差影响下多学科优化结果的可靠性　首先建立了自卸车货箱的有限元模型．通过灵敏度分析筛选设计变　量：其次应用试验研究方法采集试验样本并拟合各个响应的响应面，基于响应面优化计算获得多学科优化的最优　解；最后通过稳健性分析确定了优化结果的可靠性。经过多学科优化设计，自卸车货箱在刚度、强度、第一阶模态　频率不降低的情况下．质量减少８％　关键词：多学科优化设计；试验研究方法；响应面法：稳健性设计；自卸车货箱　中图分类号：ｕ４６９．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５４８３（２０１３）０３—００１０—０５　Ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃａｒｇｏ　Ｂｏｘ　ｏｆ　Ｄｕｍｐｅｒ　Ｓｈｉ　Ｃｈａｏｊｕｎ　，Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｅｎｇｌａｎ　，Ｙａｎｇ　Ｑｉｌｉａｎｇａ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００８　１，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｙａｎ　４４２００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｌｉｎｅａｒ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄａｌ，　ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ａ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｏｆ　ｄｕｍｐｅｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｆｉｒｍ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒａｎｄｏｍ　ｅｒｒｏｒｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　ＦＥ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｃｒｅｅｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅｉｒ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅａｃｈ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｏｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ．Ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｅｉｇｈｔ　ｐｅｒｃｅｎｔ　ｉｎ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｍｏｄａｌ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｌｏｓｓ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ；ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ；　ｒｏｂｕｓｔ　ｄｅｓｉｇｎ；ｃａｒｇｏ　ｂｏｘ　ｏｆ　ｄｕｍｐｅｒ　汽车轻量化不仅可以减少汽车制造所需的材　料以降低汽车的制造成本．同时也可以提高汽车的　动力性和燃油经济性．因此汽车轻量化成为了汽车　技术人员和汽车制造商追求的目标　汽车轻量化的　途径一般有２种：采用轻量化材料：应用优化理论　对结构进行优化设计。采用轻量化材料思路简单、　结构减重明显，但是轻量化材料存在价格昂贵、与　其它材料连接困难等问题．现阶段应用存在较大困　难；优化设计成本低、周期短，因此在汽车轻量化设　计中应用广泛　自卸车货箱的轻量化设计涉及结构静力学和　振动动力学等学科知识．是一个多学科优化问题　收稿日期：２０１３—０６一ｉ７　作者简介：