磁力機(jī)械多場(chǎng)耦合及多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、磁力機(jī)械的工作過(guò)程涉及到機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科，其內(nèi)部普遍存在著電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)，場(chǎng)內(nèi)及場(chǎng)間存在著相互制約關(guān)系和耦聯(lián)作用，它們決定了各子系統(tǒng)物理參數(shù)的變化關(guān)系和工作可靠性。磁力機(jī)械的分析研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化必須考慮這些耦合關(guān)系。本文系統(tǒng)地研究了磁力機(jī)械中存在的多場(chǎng)耦合及分析方法，并引入了考慮多場(chǎng)耦合的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在一定程度上完善了磁力機(jī)械設(shè)計(jì)體系，并為求解類似的機(jī)電耦合系統(tǒng)提供了解決方案。
　　 本

2、文從課題的研究背景出發(fā)，對(duì)磁力機(jī)械、動(dòng)態(tài)特性研究、多場(chǎng)耦合及多學(xué)科優(yōu)化問(wèn)題的概念、特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納總結(jié)，指出了現(xiàn)有設(shè)計(jì)分析方法的不足，分析了考慮多場(chǎng)耦合的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要意義。列舉了磁力機(jī)械分析中的物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，提出了通用的場(chǎng)描述數(shù)學(xué)模型，并討論了場(chǎng)量方程的耦合矩陣形式，為全文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文在對(duì)多種局部耦合問(wèn)題分類分析的基礎(chǔ)上，建立了磁力機(jī)械的全局耦合分析模型，討論了多場(chǎng)耦合的求解思路。系統(tǒng)性

3、地研究了多場(chǎng)耦合問(wèn)題的求解方法，包括場(chǎng)分解方法、耦合策略、耦合算法等。通過(guò)對(duì)各子問(wèn)題求解過(guò)程的共性分析，明確了可進(jìn)行表達(dá)、傳遞的數(shù)據(jù)信息和方法，并提出使用語(yǔ)義描述、數(shù)據(jù)傳遞及知識(shí)工程建立多場(chǎng)耦合分析系統(tǒng)的方法。為分析動(dòng)態(tài)特性、熱效應(yīng)等具體的多場(chǎng)耦合問(wèn)題提供了方法基礎(chǔ)。
　　 對(duì)于磁力機(jī)械設(shè)計(jì)中的動(dòng)態(tài)特性分析問(wèn)題，論文在通用模型的基礎(chǔ)上給出了適應(yīng)不同情況的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)微分方程，提出了基于交替迭代策略的間接耦合方法和基于全耦合策略

4、的將耦合矩陣方程進(jìn)行時(shí)空離散的直接耦合方法，求解了電-磁-運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)耦合場(chǎng)問(wèn)題，計(jì)算了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)，得到了動(dòng)態(tài)特性曲線。對(duì)于磁力機(jī)械中電磁及機(jī)械運(yùn)動(dòng)共同作用下的溫度場(chǎng)問(wèn)題，論文詳細(xì)分析了隨時(shí)間變化的熱源、熱邊界，熱系數(shù)、傳熱機(jī)制等，并將機(jī)械損耗產(chǎn)生的熱量納入分析熱源中。論述了磁力機(jī)械溫度場(chǎng)與電磁場(chǎng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的耦合關(guān)系，使用時(shí)步迭代方法解決了電磁-機(jī)械-熱耦合問(wèn)題，通過(guò)摩擦式電磁離合器主動(dòng)組件的三維溫度場(chǎng)分析實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明了考慮耦合的溫度

5、場(chǎng)有限元分析方法和過(guò)程。
　　 將考慮多場(chǎng)耦合的多學(xué)科設(shè)計(jì)方法引入到磁力機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，避免了復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、邏輯混亂的問(wèn)題，以及傳統(tǒng)串行算法割裂學(xué)科間耦合關(guān)系難以求解全局最優(yōu)解的問(wèn)題。為了解決CO算法不容易收斂的問(wèn)題，提出了CO與SAND方法結(jié)合的二級(jí)多學(xué)科優(yōu)化算法，給出了算法架構(gòu)和計(jì)算流程。計(jì)算證明該方法有效地減少了子系統(tǒng)優(yōu)化迭代次數(shù)，增強(qiáng)了算法的收斂性能。由于學(xué)科分析采用計(jì)算機(jī)模擬，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，因此優(yōu)化中采用近似技