技术摘要：
一种基于ISIGHT软件的多学科多指标产品结构优化设计方法，针对复杂高端装备产品的冷却结构设计，基于ISIGHT软件集成冷却结构设计物理几何三维模型，建立冷却结构设计轻量化模块、力学性能模态分析模块、力学性能强度分析模块、冷却性能模块，以结构轻量化、力学性能、  全部
背景技术：
产品结构设计是一个复杂的系统工程.需要考虑多个学科、多个系统的综合性能 指标，涉及到一定设计约束条件下的多个设计、目标参数的综合权衡。也就是说，多学科多 指标产品结构优化设计是产品设计的核心环节。 以复杂高端装备产品的冷却结构设计为例，目前仅仅单一地通过扩大对流空间和 增加换热面积来提升冷却性能，常常忽略了复杂高端装备产品的体积冗余、制备工艺繁琐、 冷却效能不高且不均等问题。更重要的是，复杂高端装备产品冷却结构的重量及其力学性 能也被忽略，仅仅以提高冷却性能为唯一设计目标，造成产品冷却结构重量过大，运行过程 中存在共振、强度不足、冷却不均匀等现象，最终导致部件损坏，造成设备故障，甚至设备核 心部件损坏的现象。随着对复杂高端装备产品的综合性能要求不断提高，急需一种多学科 多指标产品结构优化设计方法，从根源上保证产品的寿命和可靠性。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于ISIGHT软件的多 学科多指标产品结构优化设计方法，实现结构的轻量化、高力学性能、高冷却性能的目标， 可广泛应用于工业燃气轮机、航空发动机等其他复杂高端装备的热端部件中， 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为： 一种基于ISIGHT软件的多学科多指标产品结构优化设计方法，包括以下步骤： 步骤1)，基于ISIGHT软件集成SOLIDWORKS组件，在SOLIDWORKS中建立布置正四棱 锥式支架的冷却结构设计物理几何三维模型，确定参数化设计的尺寸变量正四棱锥式支架 杆径D、杆间夹角ω、整体高度H； 步骤2)，建立冷却结构设计轻量化模块、冷却结构设计力学性能模态分析模块、冷 却结构设计力学性能强度分析模块、冷却结构设计冷却性能模块，四个模块并行进行； 2.1)，基于ISIGHT软件集成Calculator组件，根据相对密度计算公式，对步骤1)中 的冷却结构设计物理几何三维模型进行计算，确定冷却结构相对密度，建立正四棱锥式支 架的冷却结构设计轻量化模块； 2.2)，基于ISIGHT软件集成ABAQUS组件，通过导入步骤1)中的冷却结构设计物理 几何三维模型，在ABAQUS中建立定义材料和截面属性、定义分析步和指定输出要求、指定边 界条件、划分网格、作业运行、输出结果的正四棱锥式支架的冷却结构设计力学性能模态分 析模块； 2.3)，基于ISIGHT软件集成ABAQUS组件，通过导入步骤1)中的冷却结构设计物理 几何三维模型，在ABAQUS中建立定义材料和截面属性、定义分析步和指定输出要求、指定边 4 CN 111581750 A 说　明　书 2/6 页 界条件、划分网格、作业运行、输出结果的正四棱锥式支架的冷却结构设计力学性能强度分 析模块； 2.4)，基于ISIGHT软件集成SIMCODE-ANSYS-ICEM、SIMCODE-ANSYS-CFX、SIMCODE- ANSYS-CFD_POST组件，通过导入步骤1)中的冷却结构设计物理几何三维模型，分别在 SIMCODE-ANSYS-ICEM组件中创建PART和BLOCK、定义节点分布、生成三维结构化网格，将三 维结构化网格导入SIMCODE-ANSYS-CFX组件，创建DOMAIN、BOUNDARY、设置求解控制进行运 算求解，将求解结果导入SIMCODE-ANSYS-CFD_POST组件，进行后处理，从而建立起冷却结构 设计冷却性能模块； 步骤3)，基于ISIGHT软件集成响应面近似模型组件，将步骤2.1)、2.2)、2.3)、2.4) 的边界条件和输出结果与步骤1)的参数化设计的尺寸变量正四棱锥式支架杆径D、杆间夹 角ω、整体高度H，进行DOE试验设计，确定试验设计矩阵，同时确定冷却结构设计轻量化模 块、冷却结构设计力学性能模态分析模块、冷却结构设计力学性能强度分析模块、冷却结构 设计冷却性能模块的目标函数； 冷却结构设计轻量化模块目标函数： 冷却结构设计力学性能模态分析模块目标函数： f2(x)＝freq1 冷却结构设计力学性能强度分析模块目标函数： f3(x)＝E 冷却结构设计冷却性能模块目标函数： f4(x)＝Nu 步骤4)，根据步骤1)设定约束条件： LowLimit≤D≤Upper  Limit Low  Limit≤ω≤Upper  Limit Low  Limit≤H≤Upper  Limit 步骤5)，确定优化目标： Min  f1(x)；Min  f2(x)；Max  f3(x)；Max  f4(x)； 步骤6)，采用三阶响应面模型建立近似模型； 步骤7)，采用拟合精确度R2分析来验证近似模型的准确性； 表示回归平方和； 表示总平方和； 为响应的平均值， 为在设计点的预测值，yi为响应真实值，k为样本点个数； 步骤8)，将设计变量归一化处理后，得到主效应Pareto图，进而得到对应参数化设 计的尺寸变量对目标函数的灵敏度； 步骤9)，设置尺寸变量正四棱锥式支架杆径D、杆间夹角ω、整体高度H的约束条 件，设置四个模块的目标优化函数Min  f1(x)、Min  f2(x)、Max  f3(x)、Max  f4(x)，先采用 5 CN 111581750 A 说　明　书 3/6 页 NSGA-II算法对整个设计空间来进行优化，再通过SQP对其进行反复迭代和更新来寻找精确 的全局最优解； 步骤10)，运行组件得到最终结果，并分析。 本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果： 本发明针对复杂高端装备产品的冷却结构设计，以结构的轻量化、力学性能、冷却 性能为优化目标，进行多学科耦合优化设计，更符合产品结构的实际情况，满足复杂高端装 备产品冷却结构的综合性能指标。本发明进行多学科并行优化设计，缩短设计周期。本发明 可广泛应用于工业燃气轮机、航空发动机等其他复杂高端装备的热端部件中，实现结构的 轻量化、高力学性能、高冷却性能的目标。 本发明通过R2分析分别得到f1(x)、f2(x)、f3(x)、f 24(x)的R 分别为0 .99916、 0.99086、0.99013、0.98409，表面响应面近似模型的拟合度较好，保证近似模型结果的准确 性，同时也降低了计算时间成本，提高了优化效率。 本发明通过分析参数化设计的尺寸变量对目标函数的灵敏度，可以减少灵敏度低 的参数化设计的尺寸变量的选取，提高结构优化设计时效。 本发明通过先采用NSGA-II算法对整个设计空间来进行优化，再通过SQP对其进行 反复迭代和更新来逐步逼近精确的全局最优解，该组合优化策略，提升了优化效率和准确 性。 附图说明 图1为本发明方法的流程图。 图2为实施例冷却结构设计物理几何三维模型示意图。 图3为实施例冷却结构设计优化过程图。