【摘要】：由于仿真計(jì)算中數(shù)值噪聲的影響,優(yōu)化的設(shè)計(jì)函數(shù)常常是不光滑或不連續(xù)的,為多學(xué)科之間的解耦和優(yōu)化計(jì)算帶來較大困難。為此,借鑒全局優(yōu)化的相關(guān)理論,提出了考慮數(shù)值噪聲的熱-電耦合系統(tǒng)分析方法。在解耦方法上,根據(jù)"同時(shí)分析和設(shè)計(jì)"(SAND)思想,將解耦問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)優(yōu)化問題,在學(xué)科層引入Kriging替代模型以便過濾數(shù)值噪聲,并采用極大似然估計(jì)法確定新增樣本點(diǎn)的位置,較大程度上減少了解耦分析所需的重分析次數(shù),通過一個(gè)典型的熱-電耦合算例驗(yàn)證了模型和方法的有效性。
【圖文】：

訓(xùn)悖嗵疚畝砸壞湫偷娜?電耦合系統(tǒng)，借鑒了全局優(yōu)化領(lǐng)域的相關(guān)理論和算法，研究了考慮數(shù)值噪聲的耦合系統(tǒng)分析問題，提出一種基于子系統(tǒng)Kriging模型的耦合系統(tǒng)分析方法，該方法可以有效地消除數(shù)值噪聲對(duì)優(yōu)化計(jì)算所帶來的不利影響，較大程度上提高了解耦效率。1熱-電耦合問題描述熱-電耦合問題是電子設(shè)備中常見的典型耦合問題之一。電子設(shè)備中溫度場(chǎng)的分布會(huì)影響一些熱敏器件的物性參數(shù)進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)備的性能指標(biāo)［11］，反過來，電路電性能改變引起的敏感器件發(fā)熱功率變化也會(huì)影響電子設(shè)備內(nèi)溫度場(chǎng)的分布。如圖1所示為某機(jī)箱在熱仿真分析軟件IcePak中的模型圖，該機(jī)箱采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式散熱，沿X軸、Y軸、Z軸的長(zhǎng)度分別為100mm、250mm和356mm，環(huán)境溫度為20℃，機(jī)箱分為上下兩層，中間由一塊厚度為6mm的背板將機(jī)箱分為兩個(gè)區(qū)域:設(shè)備一面和翅片一面。在設(shè)備一面放置兩個(gè)高功率元器件，器件密閉在一個(gè)腔體內(nèi)，腔體壁與外界的傳熱系數(shù)為15W/(m2·K)。在翅片一面有10個(gè)散熱翅片，右側(cè)為3個(gè)風(fēng)扇，每個(gè)風(fēng)扇的質(zhì)量流量為0．01kg/s，左側(cè)與外界連通。該機(jī)箱設(shè)備的系統(tǒng)分析包含熱分析和電路分析兩個(gè)耦合的子系統(tǒng)。其中熱分析采用IcePak商業(yè)熱仿真軟件，輸入?yún)?shù)為散熱片的尺寸變量(長(zhǎng)、寬、高)和元器件的功耗(P1、P2)，，其中元器件功耗由電路分析提供;電路分析的輸入?yún)?shù)為相應(yīng)的電路參數(shù)(元器件阻抗、溫度熱敏系數(shù)等)及元器件的溫度(T1、T2)，其中元器件溫度則由熱分析提供。由以上敘述可知該系統(tǒng)的耦合變量為元器件的溫度T=［T1T2］和功耗P=［P1P2］。圖1熱-電耦合模型Fig．1Thethermal-electricalcouplingmodel該問題中兩個(gè)元件均為NTC熱敏電阻，電阻的溫度特性如式(1)表示ＲT=Ｒ

，其中元器件溫度則由熱分析提供。由以上敘述可知該系統(tǒng)的耦合變量為元器件的溫度T=［T1T2］和功耗P=［P1P2］。圖1熱-電耦合模型Fig．1Thethermal-electricalcouplingmodel該問題中兩個(gè)元件均為NTC熱敏電阻，電阻的溫度特性如式(1)表示ＲT=Ｒ0expB1T－1T[()]0(1)式中:T0=298．15K(25°C);Ｒ0為該溫度下的電阻;ＲT是溫度為T(單位為K)時(shí)的電阻;B為熱敏電阻的溫度敏感系數(shù)。將兩個(gè)元器件并聯(lián)到30V的固定電壓下。依照耦合系統(tǒng)的概念可建立該熱-電耦合分析模型，如圖2所示，設(shè)散熱齒尺寸變量為X1=［LWH］(散熱齒的長(zhǎng)、寬、高)，電路參數(shù)為X2=［B1B2Ｒ01Ｒ02］(器件的溫度敏感系數(shù)和原始電阻)。則整個(gè)系統(tǒng)分析需要滿足的狀態(tài)方程為T=CAT(X1，P)P=CAP(X2，T})(2)圖2熱-電耦合分析模型Fig．2Thethermal-electricalcouplinganalysismodel式中:CAT為熱分析;CAP為電路分析。值得注意的是在此熱電耦合模型中，系統(tǒng)分析的輸出變量和系統(tǒng)內(nèi)部的耦合變量是相同的，即元件的溫度T和功耗P。因此可以認(rèn)為該系統(tǒng)的一次系統(tǒng)分析就是在確定輸入X=［X1X2］T的情況下求解式(2)得到Y(jié)=［TP］的過程。第13期張卓等:考慮數(shù)值噪聲的熱-電耦合系統(tǒng)分析215
【作者單位】： 哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院;哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51509049)
【分類號(hào)】：O224

【參考文獻(xiàn)】

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2 楊曉濤;谷正氣;楊振東;董光平;謝超;;汽車乘員艙多層吸聲材料的多目標(biāo)優(yōu)化[J];振動(dòng)與沖擊;2013年04期

3 郭旺柳;宋文萍;許建華;許瑞飛;;旋翼槳尖氣動(dòng)/降噪綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

4 韓永志;高行山;李立州;岳珠峰;;基于Kriging模型的渦輪葉片多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2007年07期

5 白小濤;李為吉;;基于近似技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化方法在機(jī)翼設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用[J];航空學(xué)報(bào);2006年05期

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2 高月華;基于kriging代理模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其在注塑成型中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2009年

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2 張曉琳;基于二次外罰函數(shù)和Kriging模型的目標(biāo)級(jí)聯(lián)方法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

3 匡玲;基于近似模型的兩級(jí)集成系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法研究[D];華中科技大學(xué);2012年

【共引文獻(xiàn)】

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1 張卓;于飛;王秋瀅;杜石鵬;;考慮數(shù)值噪聲的熱-電耦合系統(tǒng)分析[J];振動(dòng)與沖擊;2017年13期

2 ;中國(guó)汽車工程學(xué)術(shù)研究綜述·2017[J];中國(guó)公路學(xué)報(bào);2017年06期

3 陳培煥;蘭鳳崇;陳吉清;黃培鑫;;試生產(chǎn)階段SUV低頻噪聲識(shí)別與改進(jìn)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2017年05期

4 郝英杰;張洪信;趙清海;張鐵柱;華青松;高雷;;缸間齒輪聯(lián)動(dòng)液壓發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的近似協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];機(jī)械制造;2017年04期

5 萬玉;許思傳;張良;;燃料電池車用離心葉輪型線參數(shù)化及多工況優(yōu)化[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

6 賀謙;;多學(xué)科耦合系統(tǒng)可靠性分析方法研究[J];機(jī)械強(qiáng)度;2017年01期

7 韋開君;左曙光;吳旭東;聶玉潔;;可調(diào)低稠度擴(kuò)壓器對(duì)提升離心壓縮機(jī)氣動(dòng)性能的數(shù)值研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2017年02期

8 程鋒;王華;韓晶;崔品;;巡飛彈充氣式彈翼撓度研究與預(yù)測(cè)[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2017年01期

9 賀巖松;張輝;夏小均;賴詩洋;何治橋;;轎車車內(nèi)聲學(xué)包多目標(biāo)優(yōu)化與分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2017年03期

10 吳憲;王成;邵建旺;鄧國(guó)明;;基于Kriging模型及NSGA-Ⅱ算法的前圍聲學(xué)包優(yōu)化[J];振動(dòng)與沖擊;2016年22期

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2 陳世適;基于多源響應(yīng)信息融合的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 張適;纖維增強(qiáng)塑料制品的纖維取向、殘余應(yīng)力、翹曲變形及溫?zé)崂匣臄?shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2015年

4 張劍;基于代理模型技術(shù)的高速列車性能參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D];西南交通大學(xué);2015年

5 楊建根;水輔助注塑成型穿透機(jī)理及工藝穩(wěn)健優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2014年

6 劉海濤;空間繩網(wǎng)展開及復(fù)合體離軌動(dòng)力學(xué)與控制[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 于盛睿;全電動(dòng)塑料注射機(jī)工藝控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2014年

8 蔡園武;周期性板結(jié)構(gòu)的漸近均勻化方法及微結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2014年

9 常海超;近似理論在船型優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

10 郝鵬;面向新一代運(yùn)載火箭的網(wǎng)格加筋柱殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2013年

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1 周慧;基于變復(fù)雜度近似的改進(jìn)兩級(jí)集成系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法及應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2015年

2 周奇;多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法及其在船舶概念優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D];中國(guó)艦船研究院;2014年

3 李瑩;基于SORA策略的不確定性多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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1 王春林;葉劍;曾成;夏勇;羅波;;基于NSGA-Ⅱ遺傳算法高比轉(zhuǎn)速混流泵多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年18期

2 曹安國(guó);吳亞東;劉鵬寅;杜朝輝;;基于改進(jìn)Kriging代理模型的自適應(yīng)序列優(yōu)化算法在離心壓縮機(jī)蝸殼設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];動(dòng)力工程學(xué)報(bào);2015年07期

3 王文杰;袁壽其;裴吉;張金鳳;袁建平;毛法良;;基于Kriging模型和遺傳算法的泵葉輪兩工況水力優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年15期

4 袁壽其;王文杰;裴吉;張金鳳;冒杰云;;低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年05期

5 楊振東;谷正氣;汪怡平;顏建容;楊曉濤;;Prediction and optimization of aerodynamic noise in an automotive air conditioning centrifugal fan[J];Journal of Central South University;2013年05期

6 楊魏;王福軍;王宏;;離心風(fēng)機(jī)葉片三維反問題優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2012年08期

7 劉城;潘鑫;閆清東;魏巍;;基于DOE及RSM的液力變矩器葉片數(shù)對(duì)性能的影響及優(yōu)化[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

8 容江磊;谷正氣;楊易;江濤;尹郁琦;;基于Kriging模型的跑車尾翼斷面形狀的氣動(dòng)優(yōu)化[J];中國(guó)機(jī)械工程;2011年02期

9 顧媛媛;袁民建;毛義軍;祁大同;;離心風(fēng)機(jī)吸聲蝸殼結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)物理模型及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2011年01期

10 許瑞飛;宋文萍;韓忠華;;改進(jìn)Kriging模型在翼型氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

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1 方圣恩;基于有限元模型修正的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究[D];中南大學(xué);2010年

2 王俊榮;海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物損傷檢測(cè)與模型修正方法研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2009年

3 于繁華;基于計(jì)算智能技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究[D];吉林大學(xué);2008年

4 朱翔;裂紋損傷結(jié)構(gòu)的振動(dòng)功率流特性與損傷識(shí)別[D];華中科技大學(xué);2007年

5 袁穎;橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法的相關(guān)問題研究[D];大連理工大學(xué);2006年

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1 吳世蔚;基于指標(biāo)分解的汽車動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2009年

2 劉慧超;基于近似模型的變復(fù)雜度優(yōu)化方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 王小妮;聯(lián)接翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量分析與氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2005年

4 穆雪峰;多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化代理模型技術(shù)的研究和應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2004年

5 薛飛;飛行器設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化方法及其計(jì)算環(huán)境研究[D];南京航空航天大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：2548920