基于isight的连杆有限元分析.doc
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基于isight的连杆有限元分析,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...
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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。
关键词 连杆；MDO；ISIGHT
Abstract
Traditional structural optimization method can not combine the prepotent parts of every subject, and also have some uncertainties which can affect the design results. It’s the signle subject optimization analytical technology are mainly used in the the existing situation of the optimization design reaserch of the diesel engine connecting rod, and the Multidisciplinary Design Optimization-MDO is relatively shortly in used.
The thought and purpose of the MDO is completely consistent with the request of the modern diesel engine design, which could improve the quality of the products、lower the cost、reduce the design cycle-time. Therefore, there is a impressive prospect of using the MDO method in the design work of the diesel engine and other relative components, and also which holds a important practical significance and high academic value.
In this thesis, the connecting rod of the 16PA6STC diesel engine which is developed by the SEMT is taken to the object of study, the structural linear finite element theory is used in the analysis of the stress in the most compressive and the most stretching working situation, and on the basis of this combined with the MDO theory to operate a structural optimization to the connecting rod. The MDO software ISIGHT is used to integrate three extensively used engineer design softwares, including Pro/Engineer、ANSYS、Nastran, to complete the structural optimization work on the condition of restrain the stress and modal of the connecting rod, explore the application of the MDO design method in the diesel engine field, offer a reference for the further improvement design study.
Key words connecting rod; MDO; ISIGHT
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2连杆有限元分析及优化设计的发展与现状 2
1.3多学科设计优化发展与现状 3
1.4本文的主要研究内容 5
第2章 结构有限元及多学科设计优化基本理论 7
2.1结构有限元法的基本理论与基本算法 7
2.1.1结构有限元基本理论 7
2.1.2结构有限元基本算法 8
2.2多学科优化设计基本理论 11
2.2.1系统建模 11
2.2.2系统分类 12
2.2.3优化策略 12
2.2.4耦合变量的处理 13
2.3多学科优化基本算法 13
2.3.1优化问题的数学模型 13
2.3.2模型多元函数分析 14
2.3.3优化条件 16
2.3.4 NLPQL优化算法概述 16
2.3.5 NLPQL搜索策略 17
2.4本章小结 18
第3章 连杆的有限元分析 19
3.1有限元网格的划分 20
3.2边界条件和载荷的施加 20
3.2.1接触的施加 21
3.2.2 螺栓预紧力的施加 21
3.2.3 衬套、轴瓦预紧力的施加 22
3.2.4 载荷的施加 23
3.3连杆的强度分析 25
3.3.1 最大压缩工况 25
3.3.2 最大拉伸工况 28
3.4连杆的静疲劳强度分析 30
3.4.1 疲劳理论概述 30
3.4.2 连杆静态疲劳分析 31
3.5连杆的模态分析 31
3.5.1 频率分析 31
3.5.2 振型分析 32
3.6本章小结 35
第4章 ISIGHT单学科集成技术的研究 37
4.1 集成软件Pro/Engineer 37
4.1.1模型及参数关系文件准备 38
4.1.2录制Pro/Engineer的trail.txt文件 39
4.1.3命令行调试以及ISIGHT-FD集成 39
4.2集成软件Nastran 41
4.2.1分析及求解过程 42
4.2.2 Nastran输入输出文件的制作 43
4.3集成软件ANSYS 44
4.4本章小结 46
第5章 连杆的集成优化设计 47
5.1优化参数的选择 49
5.2集成流程 50
5.2.1集成Pro/Engineer 50
5.2.2集成ANSYS 54
5.2.3集成nastran 56
5.2.4优化参数定义 59
5.2.5优化结果 61
5.3本章小结 62
总结及展望 63
总结 63
展望 63
参考文献 65
附录一 68
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。
关键词 连杆；MDO；ISIGHT
Abstract
Traditional structural optimization method can not combine the prepotent parts of every subject, and also have some uncertainties which can affect the design results. It’s the signle subject optimization analytical technology are mainly used in the the existing situation of the optimization design reaserch of the diesel engine connecting rod, and the Multidisciplinary Design Optimization-MDO is relatively shortly in used.
The thought and purpose of the MDO is completely consistent with the request of the modern diesel engine design, which could improve the quality of the products、lower the cost、reduce the design cycle-time. Therefore, there is a impressive prospect of using the MDO method in the design work of the diesel engine and other relative components, and also which holds a important practical significance and high academic value.
In this thesis, the connecting rod of the 16PA6STC diesel engine which is developed by the SEMT is taken to the object of study, the structural linear finite element theory is used in the analysis of the stress in the most compressive and the most stretching working situation, and on the basis of this combined with the MDO theory to operate a structural optimization to the connecting rod. The MDO software ISIGHT is used to integrate three extensively used engineer design softwares, including Pro/Engineer、ANSYS、Nastran, to complete the structural optimization work on the condition of restrain the stress and modal of the connecting rod, explore the application of the MDO design method in the diesel engine field, offer a reference for the further improvement design study.
Key words connecting rod; MDO; ISIGHT
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2连杆有限元分析及优化设计的发展与现状 2
1.3多学科设计优化发展与现状 3
1.4本文的主要研究内容 5
第2章 结构有限元及多学科设计优化基本理论 7
2.1结构有限元法的基本理论与基本算法 7
2.1.1结构有限元基本理论 7
2.1.2结构有限元基本算法 8
2.2多学科优化设计基本理论 11
2.2.1系统建模 11
2.2.2系统分类 12
2.2.3优化策略 12
2.2.4耦合变量的处理 13
2.3多学科优化基本算法 13
2.3.1优化问题的数学模型 13
2.3.2模型多元函数分析 14
2.3.3优化条件 16
2.3.4 NLPQL优化算法概述 16
2.3.5 NLPQL搜索策略 17
2.4本章小结 18
第3章 连杆的有限元分析 19
3.1有限元网格的划分 20
3.2边界条件和载荷的施加 20
3.2.1接触的施加 21
3.2.2 螺栓预紧力的施加 21
3.2.3 衬套、轴瓦预紧力的施加 22
3.2.4 载荷的施加 23
3.3连杆的强度分析 25
3.3.1 最大压缩工况 25
3.3.2 最大拉伸工况 28
3.4连杆的静疲劳强度分析 30
3.4.1 疲劳理论概述 30
3.4.2 连杆静态疲劳分析 31
3.5连杆的模态分析 31
3.5.1 频率分析 31
3.5.2 振型分析 32
3.6本章小结 35
第4章 ISIGHT单学科集成技术的研究 37
4.1 集成软件Pro/Engineer 37
4.1.1模型及参数关系文件准备 38
4.1.2录制Pro/Engineer的trail.txt文件 39
4.1.3命令行调试以及ISIGHT-FD集成 39
4.2集成软件Nastran 41
4.2.1分析及求解过程 42
4.2.2 Nastran输入输出文件的制作 43
4.3集成软件ANSYS 44
4.4本章小结 46
第5章 连杆的集成优化设计 47
5.1优化参数的选择 49
5.2集成流程 50
5.2.1集成Pro/Engineer 50
5.2.2集成ANSYS 54
5.2.3集成nastran 56
5.2.4优化参数定义 59
5.2.5优化结果 61
5.3本章小结 62
总结及展望 63
总结 63
展望 63
参考文献 65
附录一 68
