基于CAE的袋式除尘器多学科设计优化

论文摘要

多学科设计优化技术(MDO)是针对复杂工程问题的优化提出的一种方法,主要应用在航空航天业的复杂产品的设计优化问题上,并得到飞速的发展。目前,多学科计优化已成为复杂产品设计的一个崭新的发展方向,是许多国际学术会议讨论的主题。本文对多学科设计优化技术体系和方法应用进行了研究,并在此基础上将多学科设计优化技术和方法引入工业除尘设备设计领域,实现了袋式除尘器的多学科设计优化,有效的提高了袋式除尘器的综合性能。具体完成了如下工作：一、在对国内外关于多学科设计优化技术方法的理论及工程应用的现状、多学科设计优化技术体系进行调研的基础上,论述了多学科设计优化技术体系的定义、组成及实质,对目前存在的多学科优化算法及其流程、特点进行了分析对比。二、分析了协同优化的数学本质,建立协调优化数学模型；对基于CEA技术的协同优化框架的实现过程,引进响应面近似方法,建立了基于响应面协同优化算法数学模型,通过算例作了深入研究。三、针对袋式除尘器这一产品复杂结构,结合工程实际设计要求,确定计算区域,给出计算工况及相关假设,建立了袋式除尘器基于响应面协同优化数学模型。对袋式除尘器多目标进行线性加权处理,构建了袋式除尘器综合性能评价函数。四、在CAE集成环境下实现了袋式除尘器的多学科设计优化方法的计算框架,并成功将Gambit、Fluent及ANSYS等CEA软件进行集成,建立了针对协同优化特殊计算框架所需要并行计算的运行环境；利用该设计优化框架对袋式除尘器进行了设计优化,取得了良好的效果,为复杂工业产品设计提供了一种新的设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 多学科设计优化概述
• 1.2.1 多学科设计优化定义
• 1.2.2 多学科设计优化发展历史
• 1.2.3 多学科设计优化主要思想
• 1.2.4 多学科设计优化研究内容
• 1.2.5 多学科设计优化算法介绍
• 1.3 基于CAE多学科设计优化实现
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 袋式除尘器多学科设计优化问题的数学模型
• 2.1 袋式除尘器多学科设计优化问题的数学描述及分析
• 2.1.1 袋式除尘器多学科设计优化问题的数学描述
• 2.1.2 袋式除尘器多学科设计优化问题分析
• 2.2 袋式除尘器多学科设计优化存在的困难
• 2.3 袋式除尘器多学科设计优化采用的近似方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 袋式除尘器协同优化算法研究
• 3.1 袋式除尘器协同优化的设计思想及数学模型
• 3.1.1 协同优化设计思想
• 3.1.2 袋式除尘器协同优化数学模型
• 3.2 袋式除尘器协同优化目标函数确定
• 3.2.1 权系数确定方法
• 3.2.2 量纲换算方法
• 3.2.3 袋式除尘器协同优化方案确定
• 3.3 袋式除尘器协同优化算法的优点
• 3.4 袋式除尘器协同优化算法存在的困难
• 3.5 袋式除尘器基于响应面协同优化算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于CAE袋式除尘器协同优化算法实现
• 4.1 袋式除尘器计算结构确定
• 4.2 计算区域简化
• 4.3 计算工况及相关假设
• 4.4 初始参数确定
• 4.5 袋式除尘器结构学科分析
• 4.6 袋式除尘器流场学科分析
• 4.6.1 袋式除尘器气流分布均匀性评判标准
• 4.6.2 袋式除尘器单袋室有限元模型建立
• 4.6.3 袋式除尘器流场分析边界条件确定及求解设置
• 4.7 袋式除尘器协同优化iSIGHT实现
• 4.8 结果分析
• 4.8.1 相对比较法确定的权系数下优化结果分析
• 4.8.2 量纲化法确定的权系数下优化结果分析
• 4.8.3 两种权系数下优化结果对比分析
• 4.8.4 多学科协同优化结果与单学科优化结果对比
• 4.9 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 对未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果