多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化方法

2007年第3期煤礦機電多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化方法李慶國!,曾慶良',范文慧2(1.山東科技大學(xué)機電學(xué)院,青島山東266510;2.清華大學(xué)國家CIMS工程技術(shù)研究中心,北京100084)摘要:介紹一種多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設計方法,基于 ISIGHT軟件集成Pro/E和 Adams,建立優(yōu)化設計平臺。夾緊裝置優(yōu)化設計實(shí)例,驗證了該平臺的有效性和合理性。關(guān)鍵詞:多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化;多學(xué)科設計優(yōu)化(MDO); SIGHT圖分類(lèi)號:0313.3文獻標識碼:B文章編號:1001-0874(2007)03-0089-02A Method of Multi-body Dynamic OptimizationLI Qing-guo, ZENG Qing-liang, FAN Wen-hui(1. College of Mechanical Electric Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China;2. National CIMS Engineering Research Center of Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: This paper introduces a method of multi-body dynamic optimization design and builds an optimizationdesign platform based on ISIGHT software integration Pro/E and Adams. The effectiveness and reliability of theplatform is validated by taking the optimization design of chucking fixture as exampleKeywords: multi-body dynamic optimization; multidisciplinary design optimization; ISIGHT約束h(x,y)=0(i=1,2,3,…,n)1多體動(dòng)力學(xué)和MDOg;(x,y)≤0(j=1,2,3,…,m其中f為目標函數,x為設計變量,y是狀態(tài)變多體系統是多個(gè)相互運動(dòng)的物體通過(guò)運動(dòng)副相量,h1(x,y)是等式約束,g(x,y)是不等式約束。聯(lián)的多剛體系統和多柔體系統。上世紀80年代初,MDO的研究主要分為三個(gè)方面:面向設計的多多剛體系統動(dòng)力學(xué)計算機仿真已廣泛應用于工程領(lǐng)學(xué)科分析設計軟件的集成;有效的MDO算法,實(shí)現域,通常用來(lái)研究系統的位移、速度、加速度與其受多學(xué)科并行設計,獲得系統最優(yōu)解;MDO分布式計力之間的關(guān)系。隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,仿真、算的環(huán)境支持。目前,已經(jīng)出現了較成熟的商業(yè)軟優(yōu)化技術(shù)已在多體系統設計中得到大量應用。為了件, ISIGHT就是典型代表。解決不同學(xué)科間的協(xié)同設計問(wèn)題,人們提出了多科設計優(yōu)化的思想。2多學(xué)科優(yōu)化軟件 ISIGHT多學(xué)科設計優(yōu)化( Multidisciplinary Design Opti-ISIGHT是一個(gè)通過(guò)軟件協(xié)同驅動(dòng)產(chǎn)品設計優(yōu)mization簡(jiǎn)稱(chēng)MDO)是一種設計復雜系統和子系統化的軟件。特色是融合了優(yōu)化設計中需要的三大主的方法論。通過(guò)充分利用各個(gè)學(xué)科(子系統)之間要功能:自動(dòng)化功能、集成化功能和最優(yōu)化功能。相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應,獲得系統的整體最優(yōu)(1)自動(dòng)化功能ISIGHT的過(guò)程集成( Process Integration)功能可多學(xué)科設計優(yōu)化問(wèn)題,在數學(xué)形式上可表達為:以對CAF出行自動(dòng)化啟動(dòng)、監視尋找:x和控中國煤化工功能可以自動(dòng)地編最小化:f=f(x,y)輯CNMHG出文件及讀取計算結果。*國家自然科學(xué)基金資助項目(編號:60474059)2)集成化功能煤礦機電2007年第3期ISIGHT過(guò)程集成功能從程序間的輸入輸出關(guān)為CE垂直方向尺寸;x為BD水平方向尺寸既不改變現有的各個(gè)軟件的使用環(huán)境,又能夠實(shí)現≤x4≤38:15≤25:604≤10067≤x1≤1∥只系,對各個(gè)應用軟件的執行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制流程。約束:30≤x1≤50:60≤x2≤100;22≤x3≤38由多種程序構成的系統集成化。由于 ISIGHT的設(2)優(yōu)化流程計參數的變更自動(dòng)反映到集成的全部應用軟件及計多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺的整個(gè)優(yōu)化過(guò)程可以自動(dòng)算機模型并自動(dòng)進(jìn)行計算和控制,可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)執行。本文利用Poe產(chǎn)生的 trail文件,更新模型,間和削減成本。進(jìn)行質(zhì)量分析和干涉檢查,建立剛體并利用Meh(3)最優(yōu)化功能Po接口生成可供 Adams讀入的模型文件。同樣ISIGHT的問(wèn)題定義( Problem Defination)功能dams產(chǎn)生的 aview.txt文件也記錄了其中的所有包括多種優(yōu)化方法、近似方法、抽樣方法、質(zhì)量工程操作。利用該文件讀入Proe產(chǎn)生的模型文件,設置方法。分別使用或組合這些優(yōu)化方法,將幾種最優(yōu)仿真并輸出結果。利用 ISIGHT的過(guò)程集成功能,自化技術(shù)組合在一起來(lái)解決復雜的工程問(wèn)題。解答監動(dòng)啟動(dòng)Proe,讀trai文件,產(chǎn)生模型文件;然后自視器( Solution monitor)用圖表進(jìn)行計算過(guò)程的監動(dòng)啟動(dòng) Adams,讀入 Adams.cmd文件,輸出仿真結控,從視覺(jué)上和數值上確認對應用問(wèn)題反復優(yōu)化計果;選擇優(yōu)化策略,改變參數值,實(shí)現優(yōu)化過(guò)程的自算的探索狀況。此外,數據分析( Data Analysis)功動(dòng)執行。該優(yōu)化平臺的主要流程如圖2能可以方便地對現有計算或實(shí)測數據進(jìn)行統計分變凵啟動(dòng)L讀入參數凵質(zhì)量分析建立剛體『產(chǎn)生析,并可以自動(dòng)地建立近似模型和進(jìn)行優(yōu)化設計的參數Proe更新模型干涉檢查鬥添加約束模型文件探索。優(yōu)化策3多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺iSIGHT啟動(dòng)本文以阿波羅登月計劃中用于夾緊登月艙和宇數據庫輸出結果設置仿具模型文件" Adams宙飛船的夾緊機構為例,簡(jiǎn)化模型如圖1(A~E為圖2優(yōu)化流程圖鉸接點(diǎn))。其設計要求是:①至少產(chǎn)生800N的夾緊首先建立輸入輸出文件;利用文檔解析器進(jìn)行力;②施加在手柄上的力應不大于80N。解析,將變量映射到 ISIGHT中,設置變量變化范圍;選擇優(yōu)化策略進(jìn)行優(yōu)化設計;最后從 ISIGHT數據庫中選擇最優(yōu)結果。(3)優(yōu)化結果歷時(shí)1h20min,優(yōu)化74步后,得到優(yōu)化結果。使其在作用力一定的前提下,得到最大的夾緊力優(yōu)化前夾緊力為1150N,優(yōu)化后為1575N。4結論多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺保證了裝配正確性,并進(jìn)行了干涉檢查;利用Proe進(jìn)行建模, Adams進(jìn)行動(dòng)圖1夾緊裝置模型力學(xué)分析,充分發(fā)揮了軟件的長(cháng)處。夾緊裝置優(yōu)化本文基于 ISIGHT軟件集成Pm/E和 Adams,建結果表明,該優(yōu)化方法可以解決多剛體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化立多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺對夾緊機構進(jìn)行優(yōu)化設計,問(wèn)題。使夾緊力最大。參考文獻(1)問(wèn)題描述中國煤化工計框架1,現代制造工優(yōu)化目標: max springform(x)設計變量:X={x1,x2,x3,x4,x3,高6,x7}其中:x1作者YHCNMHG大學(xué)碩士研究生。主要為AE長(cháng)度;x2為AB長(cháng)度;x3為CD垂直方向尺寸從事虛擬樣機和多學(xué)科設計優(yōu)化方面的研究。x4為CD水平方向尺寸;x3為CE水平方向尺寸;x6(收稿日期:2007-03-01;責任編輯:陶馳東)