机械-液压约束活塞发动机多学科协同优化框架实现.pdfVIP

· 现代设计与先进制造技术 · 柳 勋 张铁柱 张洪信 等 机械一液压约束活塞发动机…… 27 机械 一液压约束活塞发动机 多学科协 同优化框架实现 柳 勋 ，张铁柱 ，张洪信 ，姜建秋 ，张卫华 (1．青岛大学 机 电工程学院，山东 青岛 266071) (2．青岛大学 车辆电子技术研究所 ，山东 青岛 266071) 摘要：对机械 一液压约束活塞发动机多学科协 同优化设计框架的原理和要求进行了论述，介绍了 框架的实现方法。通过对机械 一液压约束活塞发动机 曲轴的协 同优化 ，进行 了框架测试 ，使 曲轴 的质量减少了20％，设计效率明显提高。 关键词：机械 一液压约束活塞发动机 ；曲轴 ；多学科 ；协 同优化设计；框架 中图分类号 ：TK402 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—1616(2010)17—0027—04 机械 一液压约束活塞发动机 (Mechanical— 寿命较低等问题，实用性受到严重危害，进行针对 HydraulicConfinedPistonEngine，MHCPE)是可将 性的优化设计研究并解决上述问题已是当务之急。 指示功同时转化为机械能和液压能的新型动力装 置 ，由于相对传统的发动机结构变化较大，需要有 针对性地进行优化设计研究。MHCPE优化设计 涉及到热力学、系统动力学、流体力学、材料力学、 摩擦学等多个学科 ，这些学科都有 自己成熟的分析 方法、技术和软件，由于受限于研究人员的知识结 构和单机计算速度，只有依赖处于异地的各领域专 家协同作业方能有效完成这一工作，即MHCPE需 要多学科协 同优化设计。关于多学科协 同优化设 计 (MultidisciplinaryCollaborativeDesignOptimiza— tion，MCDO)方面的研究成果较多，国外有的软件 已经商业化；国内研究主要集中在航天航空领域， 1—第一工作室 ；2--第二工作室 ；3-- 出VI阀；4--第三工作室 ； 5一曲轴 ；6一连杆；7--导向滑块 ；8一联接杆；9--入 口阀；l0一液 核心技术既不成熟，也属必威体育官网网址范畴，且应用范围有 压柱塞；11--液压柱塞与动力活塞连接件 ；12一动力活塞 一 定的局限性 【卜 。所以需要针对 MHCPE建立 图 1 轴 向MHCPE结构原理简图 自己的MCDO框架，即计算环境。 MCDO框架系统需要实现的功能包括求解、 结果分析和可视化，是一个整合优化算法和网络技 1 框架原理与要求 术，基于Java语言设计和网络环境的多学科协 同 MHCPE结构简图如图1所示，与传统的内燃 优化系统。 机一柱塞式流体泵组合系统及液压 自由活塞发动 框架包含 1个系统级和几个并行的子系统级 机相比，MHCPE具有结构简单，节能、节材效果明 两层次设计环境。系统级设计者向各子系统设计 显，以及系统启动、活塞回程、附属系统驱动、工作 者分配设计变量≮设计常量和优化 目标，各子系统 定时、速度调整、多缸联动等容易实现的优点。但 设计者在只考虑 自身约束条件的情况下使设计 目 由于样机具有高度较大、振动较剧烈、关键零部件 标达到最优值，从而求出设计变量并上传结果 ；系 收稿 日期：2010—06—10 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目；国家高技术研究发展计划 (863计划)资助项 目(2008AA(】4z117) 作者简介：柳 勋