2007年第3期煤礦機(jī)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(jī)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(shè)計(jì)方法,基于 ISIGHT軟件集成Pro/E和 Adams,建立優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)。夾緊裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例,驗(yàn)證了該平臺(tái)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(shè)計(jì)優(yōu)化(MDO); SIGHT圖分類號(hào):0313.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):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(biāo)函數(shù),x為設(shè)計(jì)變量,y是狀態(tài)變多體系統(tǒng)是多個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的物體通過運(yùn)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(tǒng)和多柔體系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代初,MDO的研究主要分為三個(gè)方面:面向設(shè)計(jì)的多多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)仿真已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)學(xué)科分析設(shè)計(jì)軟件的集成;有效的MDO算法,實(shí)現(xiàn)域,通常用來研究系統(tǒng)的位移、速度、加速度與其受多學(xué)科并行設(shè)計(jì),獲得系統(tǒng)最優(yōu)解;MDO分布式計(jì)力之間的關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)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(xiàn)了較成熟的商業(yè)軟優(yōu)化技術(shù)已在多體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到大量應(yīng)用。為了件, ISIGHT就是典型代表。解決不同學(xué)科間的協(xié)同設(shè)計(jì)問題,人們提出了多科設(shè)計(jì)優(yōu)化的思想。2多學(xué)科優(yōu)化軟件 ISIGHT多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化( Multidisciplinary Design Opti-ISIGHT是一個(gè)通過軟件協(xié)同驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)mization簡稱MDO)是一種設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)化的軟件。特色是融合了優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要的三大主的方法論。通過充分利用各個(gè)學(xué)科(子系統(tǒng))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(yīng),獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)(1)自動(dòng)化功能ISIGHT的過程集成( Process Integration)功能可多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化問題,在數(shù)學(xué)形式上可表達(dá)為:以對(duì)CAF出行自動(dòng)化啟動(dòng)、監(jiān)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(jì)算結(jié)果。*國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):60474059)2)集成化功能煤礦機(jī)電2007年第3期ISIGHT過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(xiàn)有的各個(gè)軟件的使用環(huán)境,又能夠?qū)崿F(xiàn)≤x4≤38:15≤25:604≤10067≤x1≤1∥只系,對(duì)各個(gè)應(yīng)用軟件的執(zhí)行過程進(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(gòu)成的系統(tǒng)集成化。由于 ISIGHT的設(shè)(2)優(yōu)化流程計(jì)參數(shù)的變更自動(dòng)反映到集成的全部應(yīng)用軟件及計(jì)多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺(tái)的整個(gè)優(yōu)化過程可以自動(dòng)算機(jī)模型并自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和控制,可以縮短開發(fā)時(shí)執(zhí)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(shè)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(jié)果。利用 ISIGHT的過程集成功能,自化技術(shù)組合在一起來解決復(fù)雜的工程問題。解答監(jiān)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(jì)算過程的監(jiān)動(dòng)啟動(dòng) Adams,讀入 Adams.cmd文件,輸出仿真結(jié)控,從視覺上和數(shù)值上確認(rèn)對(duì)應(yīng)用問題反復(fù)優(yōu)化計(jì)果;選擇優(yōu)化策略,改變參數(shù)值,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化過程的自算的探索狀況。此外,數(shù)據(jù)分析( Data Analysis)功動(dòng)執(zhí)行。該優(yōu)化平臺(tái)的主要流程如圖2能可以方便地對(duì)現(xiàn)有計(jì)算或?qū)崪y數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分變凵啟動(dòng)L讀入?yún)?shù)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(shè)計(jì)的參數(shù)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(tái)iSIGHT啟動(dòng)本文以阿波羅登月計(jì)劃中用于夾緊登月艙和宇數(shù)據(jù)庫輸出結(jié)果設(shè)置仿具模型文件" Adams宙飛船的夾緊機(jī)構(gòu)為例,簡化模型如圖1(A~E為圖2優(yōu)化流程圖鉸接點(diǎn))。其設(shè)計(jì)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(yīng)不大于80N。解析,將變量映射到 ISIGHT中,設(shè)置變量變化范圍;選擇優(yōu)化策略進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);最后從 ISIGHT數(shù)據(jù)庫中選擇最優(yōu)結(jié)果。(3)優(yōu)化結(jié)果歷時(shí)1h20min,優(yōu)化74步后,得到優(yōu)化結(jié)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(jié)論多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化平臺(tái)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)揮了軟件的長處。夾緊裝置優(yōu)化本文基于 ISIGHT軟件集成Pm/E和 Adams,建結(jié)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(tái)對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),問題。使夾緊力最大。參考文獻(xiàn)(1)問題描述中國煤化工計(jì)框架1,現(xiàn)代制造工優(yōu)化目標(biāo): max springform(x)設(shè)計(jì)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長度;x2為AB長度;x3為CD垂直方向尺寸從事虛擬樣機(jī)和多學(xué)科設(shè)計(jì)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(zé)任編輯:陶馳東)