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1、机械制造与研究孔维贞,等基于MDO方法电子设备关键结构的优化设计基于MDO方法电子设备关键结构的优化设计孔维贞,倪中华,幸研(东南大学机械工程学院,江苏南京211198)摘要:利用VC++和iSIGHT构建了一套参数化建模和综合设计优化的平台,实现了基于MDO方法的某电子设备关键结构优化的整个流程。以某型号电子设备的关键结构的散热性能、振动性能和结构轻量化等建立多学科设计优化模型,并考虑各学科之间的耦合效应,采用连续二次规划(SQP)算法,优化求得结构参数全局最优解。关键词:电子设备;多学
2、科设计优化;参数化建模;iSIGHT中图分类号:TH12文献标志码:B文章编号:16715276(2010)05000904OptimizationDesignofKeyStructureforElectricEquipmentBasedonMDOKONGWeizhen,NIZhonghua,XINGYan(SchoolofMechanicalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing211198,China)Abstract:Anintegrate
3、dsystemforparametricmodelingandsyntheticallyoptmiizingkeystructureisbuil,twhichisbasedoniSIGHTandVC++,andthewholeoptmiumprocessiscarriedou.tTheMDOmodelisbuiltwithweightlighting,heatdissipatingandvibrationperformance,couplingeffectisconsidered,theSQPa
4、lgorithmisusedandtheglobaloptmialsolutionisgottenatlas.tKeywords:electricequipmen;tMDO;parametricmodeling;iSIGHT以某型号机载电子设备的关键部件为例对多学科设0引言计优化方法进行说明,结构模型示意图如图1所示,电子设备的外围结构为铝框,结构内部根据功能设计装有印制电子设备经过近些年的发展,体系结构已经从分离的板,印制板上通过焊接等方法装有不同功能的元器件,主独立电子设备发展到模块化、综合
5、电子设备阶段,综合化、要有晶体振荡器和双列直插式芯片等重要元器件,具有机模块化的结果使得设备变得小型化、轻量化,这就使设备载电子设备的典型结构,确有实际研究价值。研制中热设计、振动设计、电磁兼容设计等多学科问题显[1]得更为突出。传统的串行设计没有考虑到各个学科之间的相互耦合而产生的协同效应并割裂多学科之间相互作用,该设计只能获得局部的最优解,很有可能失去全局最优解,而且设计周期长,成本高。这些特点显然不能适[2]应越来越多苛刻的设计要求的发展趋势。多学科设计优化(multidisciplina
6、rydesignoptimization,MDO)正是针对这一问题提出的,是近几年来在航空、航天领域发展起来,并得到广泛应用的一个最新、最活跃的研究领域,对提高[36]相应产品的整体性能起到极大地促进作用。现尝试将MDO方法引入电子设备结构优化设计过程,并针对具体对象开展MDO实践,以验证该方法应用于电子设备结构设计的可行性和有效性。图1某型机载电子设备的结构模型1某型机载电子设备结构多学科设该型号电子设备工况环境恶劣,受到的振动冲击大,为计优化问题避免共振,电子设备的固有频率应避开振动激振的
7、频率,两[7]者比值应大于2.5;同时由于元器件的温度过高会导致1.1某型机载电子设备结构多学科设计热失效,该设备对散热要求又比较高,在综合考虑该部件振优化模型动性能和散热性能基础之上对如何提高该部件整体性能展基金项目:某部委科研基础科研项目(NO.b1420080215);某部委预先研究项目(NO.51318010304)作者简介:孔维贞(1984),男,山东济宁人,东南大学硕士研究生,主要从事电子设备的结构设计、多学科设计优化理论与应用工作。MachineBuildingAutomatio
8、n,Oct2010,39(5):9~129机械制造与研究孔维贞,等基于MDO方法电子设备关键结构的优化设计开研究。在该部件设计中,为强化电子元器件的散热能力,轻量化需求,优化后结构总体质量不得高于0.5kg。采用平板散热器以增大电子元器件的散热面积。该部件中1.2多学科优化策略和优化流程各个元器件的布局已经固定,整体性能的提高只有依赖部件的结构,结构涉及到的设计变量如下:散热肋片数量、散由设计优化模型可知,该结构的优化是一个多维的稳热肋片高度、散热肋片厚度、散热肋片长度、热扩展面厚度态
