摘要
傳統(tǒng)的結構優(yōu)化設計方法不能結合各個學科的優(yōu)勢，也存在各種不確定性影響設計結果。目前柴油機連桿的優(yōu)化設計研究還主要應用的是單學科的優(yōu)化分析技術，對柴油機連桿使用多學科設計優(yōu)化的方法進行研究的還比較少。
多學科設計優(yōu)化（Multidisciplinary Design Optimization-MDO）的設計思想和目的與現代柴油機設計的要求是完全吻合的，它可以提高產品質量、降低成本、縮短設計周期。因此，運用多學科設計優(yōu)化方法在柴油機及其零部件設計中的前景是很可觀的，具有重要的現實意義和較高的學術價值。
本文以法國熱機學會（SEMT）研發(fā)的大功率四沖程16PA6STC艦用柴油機連桿為研究對象，利用結構線性有限元理論分析連桿在最大壓縮工況和最大拉伸工況下連桿的受力狀態(tài)，并在此基礎上結合多學科設計優(yōu)化理論對連桿進行結構優(yōu)化，采用ISIGHT多學科設計優(yōu)化軟件集成現在市場上多款流行的分析設計軟件包括ANSYS、Pro/Engineer、Nastran對連桿進行約束靜力、模態(tài)條件下的結構優(yōu)化，探索多學科設計優(yōu)化思想在柴油機零部件方面的應用，并為連桿的進一步改進設計提供參考。

關鍵詞 連桿；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 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1選題的目的和意義 1
1.2連桿有限元分析及優(yōu)化設計的發(fā)展與現狀 2
1.3多學科設計優(yōu)化發(fā)展與現狀 3
1.4本文的主要研究內容 5
第2章 結構有限元及多學科設計優(yōu)化基本理論 7
2.1結構有限元法的基本理論與基本算法 7
2.1.1結構有限元基本理論 7
2.1.2結構有限元基本算法 8
2.2多學科優(yōu)化設計基本理論 11
2.2.1系統(tǒng)建模 11
2.2.2系統(tǒng)分類 12
2.2.3優(yōu)化策略 12
2.2.4耦合變量的處理 13
2.3多學科優(yōu)化基本算法 13
2.3.1優(yōu)化問題的數學模型 13
2.3.2模型多元函數分析 14
2.3.3優(yōu)化條件 16
2.3.4 NLPQL優(yōu)化算法概述 16
2.3.5 NLPQL搜索策略 17
2.4本章小結 18
第3章 連桿的有限元分析 19
3.1有限元網格的劃分 20
3.2邊界條件和載荷的施加 20
3.2.1接觸的施加 21
3.2.2 螺栓預緊力的施加 21
3.2.3 襯套、軸瓦預緊力的施加 22
3.2.4 載荷的施加 23
3.3連桿的強度分析 25
3.3.1 最大壓縮工況 25
3.3.2 最大拉伸工況 28
3.4連桿的靜疲勞強度分析 30
3.4.1 疲勞理論概述 30
3.4.2 連桿靜態(tài)疲勞分析 31
3.5連桿的模態(tài)分析 31
3.5.1 頻率分析 31
3.5.2 振型分析 32
3.6本章小結 35
第4章 ISIGHT單學科集成技術的研究 37
4.1 集成軟件Pro/Engineer 37
4.1.1模型及參數關系文件準備 38
4.1.2錄制Pro/Engineer的trail.txt文件 39
4.1.3命令行調試以及ISIGHT-FD集成 39
4.2集成軟件Nastran 41
4.2.1分析及求解過程 42
4.2.2 Nastran輸入輸出文件的制作 43
4.3集成軟件ANSYS 44
4.4本章小結 46
第5章 連桿的集成優(yōu)化設計 47
5.1優(yōu)化參數的選擇 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優(yōu)化參數定義 59
5.2.5優(yōu)化結果 61
5.3本章小結 62
總結及展望 63
總結 63
展望 63
參考文獻 65
附錄一 68