多体动力学优化方法

1、2007年第3期煤矿机电? 89?多体动力学优化方法3李庆国J曾庆良1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CMS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） ; ISIGHT中图分类号：O313. 3 文献标识码：B 文章编号：1001 - 0874（2007）03 - 0089 - 02A Me thod ofMulti 2Dody Dynam ic O

2、p tm ization1 1 2L I Q ing2guo ,ZENG Qing2liang , FAN Wen2hui（1. College of Mechanical & Electric Engineering, , Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China;2 Nati onal CMS Engineering Research Center of Tsinghua University, Beijing 100084, China ）Ab stract: This paper i

3、ntroducesa method of multi 2body dynam ic optim ization design and builds an optim ization desig nplatfoim based o n ISIGHT aafWare in tegratio n Pro/E an d Adams The effect iven ess a nd reliability of the platfoim is validated by taking theoptimizatbn designof chucking fixture as exampleKeywo rds:

4、 multi 2body dynam ic optim ization; multidisci p linary design optm ization; ISIGHT2007年第3期煤矿机电? 89?2007年第3期煤矿机电? 89?相互作用所产生的协同效应 解1。多学科设计优化问题寻找：x最小化:f = f(x, y)3国家自然科学基金资助项目（编号：60474059 ）1多体动力学和MDO多体系统是多个相互运动的物体通过运动副相 联的多刚体系统和多柔体系统。上世纪80年代初， 多刚体系统动力学计算机仿真已广泛应用于工程领 域,通常用来研究系统的位移、速度、加速度与其受力之间的关系。随着计

5、算机技术的飞速发展，仿真、 优化技术已在多体系统设计中得到大量应用。为了解决不同学科间的协同设计问题，人们提出了多学科设计优化的思想。多学科设计优化(Multidisci plinary Design Opti2mization简称MDO)是一种设计复杂系统和子系统 的方法论。通过充分利用各个学科(子系统)之间,获得系统的整体最优，在数学形式上可表达为：约束:hi (x, y) =0 (i =1, 2, 3,n)gi (x, y) W0 (j = 1, 2, 3,m)其中f为目标函数，x为设计变量，y是状态变 量，hi (x, y)是等式约束，gi ( x, y)是不等式约束。MDO的研究主要

6、分为三个方面：面向设计的多 学科分析设计软件的集成；有效的MDO算法，实现多学科并行设计，获得系统最优解；MDO分布式计 算的环境支持。目前，已经出现了较成熟的商业软 件，ISIGHT就是典型代表。2多学科优化软件ISIGHTISIGHT是一个通过软件协同驱动产品设计优 化的软件。特色是融合了优化设计中需要的三大主 要功能：自动化功能、集成化功能和最优化功能。(1) 自动化功能ISIGHT的过程集成(Process Integration)功能可 以对各种CAD或CAE软件进行自动化启动、监视和控制，文件解析(File Parser)功能可以自动地编 辑、生成输入文件和自动处理输出文件及读取计

7、算 结果。集成化功能2007年第3期煤矿机电? 89?2007年第3期煤矿机电? 89?© 1994-2009 China Academic Jouitial Llectrcnic PublishiibgAll lights reserved, httph'/www一cnkLtid:? 90?煤矿机电2007年第3期SIGHT过程集成功能从程序间的输入输出关系,对各个应用软件的执行过程进行自动控制流程。既不改变现有的各个软件的使用环境，又能够实现由多种程序构成的系统集成化 。由于ISGHT的设 计参数的变更自动反映到集成的全部应用软件及计 算机模型并自动进行计算和控制 ，可以

8、缩短开发时 间和削减成本。(2) 最优化功能ISIGHT的问题定义 (Problem Defination)功能 包括多种优化方法、近似方法、抽样方法、质量工程 方法。分别使用或组合这些优化方法，将几种最优化技术组合在一起来解决复杂的工程问题。解答监视器(Solution Mon it or)用图表进行计算过程的监 控,从视觉上和数值上确认对应用问题反复优化计 算的探索状况。此外，数据分析(Data Analysis)功 能可以方便地对现有计算或实测数据进行统计分 析,并可以自动地建立近似模型和进行优化设计的 探索。3多体动力学优化平台本文以阿波罗登月计划中用于夹紧登月舱和宇宙飞船的夹紧机构为

9、例，简化模型如图1 (AE为铰接点)。其设计要求是：至少产生800N的夹紧 力；施加在手柄上的力应不大于80N。本文基于ISIGHT软件集成 Pro/E和Adams建 立多体动力学优化平台，对夹紧机构进行优化设计 , 使夹紧力最大。(1) 问题描述优化目标 :max s)ringforce (X)设计变量：X =为 ,X2 , X3, X4 , X5 , X6 , X7 其中：X1 为AE长度；x2为AB长度；X3为CD垂直方向尺寸； X4为CD水平方向尺寸；X5为CE水平方向尺寸；X 为CE垂直方向尺寸；x7为BD水平方向尺寸。约束：30 < X1 < 50 60< 冷 &

10、lt; 100; 22 < 怡 < 38; 22< X < 38; 15 < X5 三 25； 60 < 冷 < 100 67 < x? < 110(2) 优化流程多体动力学优化平台的整个优化过程可以自动执行。本文利用Proe产生的traiI文件，更新模型， 进行质量分析和干涉检查，建立刚体并利用Meeh/Pio接口生成可供 Adams读入的模型文件。同样， Adams产生的aview. txt文件也记录了其中的所有 操作。利用该文件读入 Proe产生的模型文件，设置 仿真并输出结果。利用ISIGHT的过程集成功能，自 动启动Proe,读入

11、trail文件，产生模型文件；然后自 动启动 Adams读入 Adams emd文件，输出仿真结 果；选择优化策略，改变参数值，实现优化过程的自 动执行。该优化平台的主要流程如图2。图2优化流程图首先建立输入输出文件；利用文档解析器进行 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1h 20m in,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 力学分析，充分发挥了软件的长处。夹紧装置优化 结果表明，该优化方法可以解决多刚体动力学优化 问题。参考文献：1 李金从,邓家褆.多学科优化集成设计框架 J .现代制造工程,2003(3)作者简介:李庆国(1982 -),男，山东科技大学硕士研究