基于ISIGHT的连杆有限元分析及多学科设计优化

论文摘要

传统的结构优化设计方法不能结合各个学科的优势,也存在各种不确定性影响设计结果。目前柴油机连杆的优化设计研究还主要应用的是单学科的优化分析技术,对柴油机连杆使用多学科设计优化的方法进行研究的还比较少。多学科设计优化（Multidisciplinary Design Optimization-MDO）的设计思想和目的与现代柴油机设计的要求是完全吻合的,它可以提高产品质量、降低成本、缩短设计周期。因此,运用多学科设计优化方法在柴油机及其零部件设计中的前景是很可观的,具有重要的现实意义和较高的学术价值。本文以法国热机学会（SEMT）研发的大功率四冲程16PA6STC舰用柴油机连杆为研究对象,利用结构线性有限元理论分析连杆在最大压缩工况和最大拉伸工况下连杆的受力状态,并在此基础上结合多学科设计优化理论对连杆进行结构优化,采用ISIGHT多学科设计优化软件集成现在市场上多款流行的分析设计软件包括ANSYS、Pro/Engineer、Nastran对连杆进行约束静力、模态条件下的结构优化,探索多学科设计优化思想在柴油机零部件方面的应用,并为连杆的进一步改进设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 连杆有限元分析及优化设计的发展与现状
• 1.3 多学科设计优化发展与现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 结构有限元及多学科设计优化基本理论
• 2.1 结构有限元法的基本理论与基本算法
• 2.1.1 结构有限元基本理论
• 2.1.2 结构有限元基本算法
• 2.2 多学科优化设计基本理论
• 2.2.1 系统建模
• 2.2.2 系统分类
• 2.2.3 优化策略
• 2.2.4 耦合变量的处理
• 2.3 多学科优化基本算法
• 2.3.1 优化问题的数学模型
• 2.3.2 模型多元函数分析
• 2.3.3 优化条件
• 2.3.4 NLPQL 优化算法概述
• 2.3.5 NLPQL 搜索策略
• 2.4 本章小结
• 第3章 连杆的有限元分析
• 3.1 有限元网格的划分
• 3.2 边界条件和载荷的施加
• 3.2.1 接触的施加
• 3.2.2 螺栓预紧力的施加
• 3.2.3 衬套、轴瓦预紧力的施加
• 3.2.4 载荷的施加
• 3.3 连杆的强度分析
• 3.3.1 最大压缩工况
• 3.3.2 最大拉伸工况
• 3.4 连杆的静疲劳强度分析
• 3.4.1 疲劳理论概述
• 3.4.2 连杆静态疲劳分析
• 3.5 连杆的模态分析
• 3.5.1 频率分析
• 3.5.2 振型分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 ISIGHT 单学科集成技术的研究
• 4.1 集成软件Pro/Engineer
• 4.1.1 模型及参数关系文件准备
• 4.1.2 录制Pro/Engineer 的trail.txt 文件
• 4.1.3 命令行调试以及ISIGHT-FD 集成
• 4.2 集成软件Nastran
• 4.2.1 分析及求解过程
• 4.2.2 Nastran 输入输出文件的制作
• 4.3 集成软件ANSYS
• 4.4 本章小结
• 第5章 连杆的集成优化设计
• 5.1 优化参数的选择
• 5.2 集成流程
• 5.2.1 集成Pro/Engineer
• 5.2.2 集成ANSYS
• 5.2.3 集成nastran
• 5.2.4 优化参数定义
• 5.2.5 优化结果
• 5.3 本章小结
• 总结及展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 附录一
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要