多体动力学优化方法

2007年第3期煤矿机电多体动力学优化方法李庆国!,曾庆良',范文慧2(1.山东科技大学机电学院,青岛山东266510;2.清华大学国家CIMS工程技术研究中心,北京100084)摘要:介绍一种多体动力学优化设计方法,基于 ISIGHT软件集成Pro/E和 Adams,建立优化设计平台。夹紧装置优化设计实例,验证了该平台的有效性和合理性。关键词:多体动力学优化;多学科设计优化(MDO); SIGHT图分类号:0313.3文献标识码:B文章编号: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约束h(x,y)=0(i=1,2,3,…,n)1多体动力学和MDOg;(x,y)≤0(j=1,2,3,…,m其中f为目标函数,x为设计变量,y是状态变多体系统是多个相互运动的物体通过运动副相量,h1(x,y)是等式约束,g(x,y)是不等式约束。联的多刚体系统和多柔体系统。上世纪80年代初,MDO的研究主要分为三个方面:面向设计的多多刚体系统动力学计算机仿真已广泛应用于工程领学科分析设计软件的集成;有效的MDO算法,实现域,通常用来研究系统的位移、速度、加速度与其受多学科并行设计,获得系统最优解;MDO分布式计力之间的关系。随着计算机技术的飞速发展,仿真、算的环境支持。目前,已经出现了较成熟的商业软优化技术已在多体系统设计中得到大量应用。为了件, ISIGHT就是典型代表。解决不同学科间的协同设计问题,人们提出了多科设计优化的思想。2多学科优化软件 ISIGHT多学科设计优化( Multidisciplinary Design Opti-ISIGHT是一个通过软件协同驱动产品设计优mization简称MDO)是一种设计复杂系统和子系统化的软件。特色是融合了优化设计中需要的三大主的方法论。通过充分利用各个学科(子系统)之间要功能:自动化功能、集成化功能和最优化功能。相互作用所产生的协同效应,获得系统的整体最优(1)自动化功能ISIGHT的过程集成( Process Integration)功能可多学科设计优化问题,在数学形式上可表达为:以对CAF出行自动化启动、监视寻找:x和控中国煤化工功能可以自动地编最小化:f=f(x,y)辑CNMHG出文件及读取计算结果。*国家自然科学基金资助项目(编号:60474059)2)集成化功能煤矿机电2007年第3期ISIGHT过程集成功能从程序间的输入输出关为CE垂直方向尺寸;x为BD水平方向尺寸既不改变现有的各个软件的使用环境,又能够实现≤x4≤38:15≤25:604≤10067≤x1≤1∥只系,对各个应用软件的执行过程进行自动控制流程。约束:30≤x1≤50:60≤x2≤100;22≤x3≤38由多种程序构成的系统集成化。由于 ISIGHT的设(2)优化流程计参数的变更自动反映到集成的全部应用软件及计多体动力学优化平台的整个优化过程可以自动算机模型并自动进行计算和控制,可以缩短开发时执行。本文利用Poe产生的 trail文件,更新模型,间和削减成本。进行质量分析和干涉检查,建立刚体并利用Meh(3)最优化功能Po接口生成可供 Adams读入的模型文件。同样ISIGHT的问题定义( Problem Defination)功能dams产生的 aview.txt文件也记录了其中的所有包括多种优化方法、近似方法、抽样方法、质量工程操作。利用该文件读入Proe产生的模型文件,设置方法。分别使用或组合这些优化方法,将几种最优仿真并输出结果。利用 ISIGHT的过程集成功能,自化技术组合在一起来解决复杂的工程问题。解答监动启动Proe,读trai文件,产生模型文件;然后自视器( Solution monitor)用图表进行计算过程的监动启动 Adams,读入 Adams.cmd文件,输出仿真结控,从视觉上和数值上确认对应用问题反复优化计果;选择优化策略,改变参数值,实现优化过程的自算的探索状况。此外,数据分析( Data Analysis)功动执行。该优化平台的主要流程如图2能可以方便地对现有计算或实测数据进行统计分变凵启动L读入参数凵质量分析建立刚体『产生析,并可以自动地建立近似模型和进行优化设计的参数Proe更新模型干涉检查鬥添加约束模型文件探索。优化策3多体动力学优化平台iSIGHT启动本文以阿波罗登月计划中用于夹紧登月舱和宇数据库输出结果设置仿具模型文件" Adams宙飞船的夹紧机构为例,简化模型如图1(A~E为图2优化流程图铰接点)。其设计要求是:①至少产生800N的夹紧首先建立输入输出文件;利用文档解析器进行力;②施加在手柄上的力应不大于80N。解析,将变量映射到 ISIGHT中,设置变量变化范围;选择优化策略进行优化设计;最后从 ISIGHT数据库中选择最优结果。(3)优化结果历时1h20min,优化74步后,得到优化结果。使其在作用力一定的前提下,得到最大的夹紧力优化前夹紧力为1150N,优化后为1575N。4结论多体动力学优化平台保证了装配正确性,并进行了干涉检查;利用Proe进行建模, Adams进行动图1夹紧装置模型力学分析,充分发挥了软件的长处。夹紧装置优化本文基于 ISIGHT软件集成Pm/E和 Adams,建结果表明,该优化方法可以解决多刚体动力学优化立多体动力学优化平台对夹紧机构进行优化设计,问题。使夹紧力最大。参考文献(1)问题描述中国煤化工计框架1,现代制造工优化目标: max springform(x)设计变量:X={x1,x2,x3,x4,x3,高6,x7}其中:x1作者YHCNMHG大学硕士研究生。主要为AE长度;x2为AB长度;x3为CD垂直方向尺寸从事虚拟样机和多学科设计优化方面的研究。x4为CD水平方向尺寸;x3为CE水平方向尺寸;x6(收稿日期:2007-03-01;责任编辑:陶驰东)