接触非线性结构集成优化技术研究及在曲轴及其轴承上的应用

【摘要】接触问题一直是工程领域的热点和难点问题，对接触非线性结构的优化问题也一直受到关注。文中对接触非线性结构优化设计的基本概念、内容、特点进行研究，对接触分线性结构集成优化技术进行了深入的研究，并在某汽油机的曲轴及曲轴轴承装配体结构中进行了集成优化技术的实际应用。文中将以多学科优化软件Isight为集成优化平台，开发Isight、SolidWorks和ANSYS集成于一体的并能用于曲轴及曲轴轴承装配体结构优化的快速优化设计平台。接触非线性结构（装配体结构）的仿真优化过程包括模型的建立、结构的有限元分析和优化数学模型的建立。文中应用SolidWorks软件建立曲轴及曲轴轴承装配体结构的三维实体模型，并对建立的模型进行参数化，这些参数将作为优化设计的设计变量和目标函数。SolidWorks软件中建立的装配体的三维实体模型输出一个中间格式的*.x_t文件供ANSYS有限元分析使用。在ANSYS中利用其中的MPC接触技术建立曲轴及曲轴轴承非线性结构的有限元模型，并进行有限元的静力分析和模态分析。ANSYS分析过程中制作用于优化设计的输入、输出和驱动命令文件，这些文件中包含了用于优化设计的状态变量等。通过分析研究建立起曲轴及曲轴轴承优化的数学模型，在Isight软件中建立集成优化模型，选择其内嵌的优化算法—序列二次规划法，定义曲轴及曲轴轴承优化的设计变量、状态变量和目标函数，最后实现集成优化。本文中非线性结构优化的设计变量是曲轴及曲轴轴承装配体结构的9个尺寸参数；状态变量是接触非线性结构有限元分析后提取的应力、应变量和模态；目标函数选择装配体结构的总质量。
【作者】魏波；
【导师】续彦芳；岳文忠；
【作者基本信息】中北大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】接触非线性；集成优化；曲轴与曲轴轴承；有限元分析；参数化；

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