水电机转子支架数字样机参数化建模方法研究

论文摘要

复杂产品设计、多学科分析、协同优化,以及设计过程中基于知识组织、管理及重用等问题,对设计理论方法提出了新的要求。水电机转子支架是连接磁轭和转轴成一体的中间部件,是水轮发电机组中起关键作用的部件。本文针对上述问题,开展了研究及其在转子支架中的应用,研究内容和成果主要体现在以下几方面。1.建立了智能产品主模型及水电机组基于质量屋的知识模型。研究影响中小型水电站水轮机的技术特性参数之间的相互关系,考虑水轮机抗磨蚀和运行稳定性时其技术参数的选择,考虑水电机组顾客需求与关键件之间的映射。在此基础上建立基于质量屋的水电机组知识模型,实现设计参数的控制和评价,作为产品智能主模型中知识工程的知识,也是转子支架集成分析技术体系知识层的重要组成部分。2.研究了以参数化分析为目的的参数化建模方法。应用基于特征的参数化建模方法,实现产品的参数化建模,这也是产品进行参数化分析的基础,实现产品的参数化设计和分析。利用已有的知识模型提取产品的关键参数,建立转子支架的参数化模型,进一步实现了转子支架的参数化有限元分析。3.提出了以参数驱动为特征、可重用的构件化分析方法。以分析元作为分析知识、模型和信息等相关内容的基本组织方式,对构件化分析的基本机制、实现过程相关内容进行研究,形成了复杂产品分析过程参数化驱动模型和过程规划的理论方法。构建了转子支架分析元,实现了转子支架的构件化分析。4.研究并提出了构件化分析与多学科协同优化建模的映射方法。该方法以分析元作为优化的基本单元,复杂产品多学科多层次分析元的性能目标作为优化约束,有效集成和利用各领域成熟的分析软件,建立分析元优化和产品优化的多层次优化模型,实现各领域、各层次对信息和资源的共享和多学科的协同优化设计。应用MATLAB、有限元分析等手段,对转子支架进行优化设计。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字化设计开发技术概述
• 1.1.1 数字化设计开发过程
• 1.1.2 CAE 软件简介
• 1.2 数字样机简介
• 1.3 复杂产品集成分析技术
• 1.4 课题的背景及意义
• 1.4.1 课题提出的背景
• 1.4.2 课题研究的意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 水电机组基于质量屋的知识模型
• 2.1 智能产品主模型技术
• 2.2 质量机能展开（QFD）简介
• 2.2.1 QFD 的定义
• 2.2.2 QFD 的基础工具——质量屋
• 2.3 水电机组基于质量屋的知识模型
• 2.3.1 水轮机技术特性参数简介
• 2.3.2 水电机组性能知识模型
• 2.3.3 水电机组结构设计知识模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 水电机转子支架的参数化建模与分析
• 3.1 参数化与变量化设计
• 3.2 参数化建模
• 3.2.1 参数化建模概述
• 3.2.2 基于特征的参数化建模
• 3.2.3 水电机转子支架的参数化建模
• 3.3 有限元分析
• 3.3.1 以参数化分析为目的的参数化建模
• 3.3.2 以参数化建模为基础的有限元参数化分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 水电机转子支架的构件化设计分析
• 4.1 水电机组概述
• 4.1.1 水电机组及其特点
• 4.1.2 各概念简介
• 4.1.3 分析对象及工况分析
• 4.2 构件化实现过程分析
• 4.2.1 转子支架性能目标及分析内容确定
• 4.2.2 构件化分析过程及主构件的建立
• 4.2.3 基于重用的新构件建立过程
• 4.2.4 设计参数向分析参数映射
• 4.3 水电机转子支架分析元的构件化分析
• 4.3.1 产品需求信息参数
• 4.3.2 转子支架分析元
• 4.3.3 产品A 转子支架静力学分析结果
• 4.3.4 产品B 转子支架静力学分析结果
• 4.4 结论
• 第五章 水电机转子支架的多学科协同优化
• 5.1 复杂产品多学科多阶段分析方法技术基础
• 5.1.1 技术基础分析
• 5.1.2 分析软件简介
• 5.2 基于构件化的多学科协同优化建模方法
• 5.2.1 多学科协同优化建模方法分析
• 5.2.2 基于构件化的多学科协同优化基本思想
• 5.2.3 基于构件化的多学科协同优化建模
• 5.3 水电机组转子支架多学科协同优化建模与分析
• 5.3.1 转子支架重量分析元
• 5.3.2 转子支架静力学分析元
• 5.3.3 基于分析元的协同优化
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢