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第1章 涡轮增压器多学科设计优化概述1

1.1 船用涡轮增压器1

1.1.1 压气机的工作原理及结构形式3

1.1.2 涡轮的工作原理及结构形式4

1.1.3 船用涡轮增压器的转子系统5

1.2 多学科设计优化理论体系7

1.2.1 解耦与重构方法8

1.2.2 效率与精度权衡策略9

1.2.3 多目标优化方法10

1.2.4 多学科不确定性建模方法10

1.2.5 多学科集成设计环境11

1.2.6 数值仿真模型的校核11

1.3 本书的主要工作11

参考文献12

第2章 涡轮增压器几何参数化造型设计16

2.1 径流式叶型中弧线设计方法17

2.1.1 子午面型线设计17

2.1.2 z-θ流面型线设计18

2.1.3 Bezier曲线18

2.1.4 径流式叶型的生成20

2.2 径流式叶型非均匀有理B样条设计方法22

2.3 轴流式叶型设计23

2.3.1 平面叶栅型线设计理论23

2.3.2 五次多项式方法24

2.3.3 叶型造型实例25

2.4 叶身积叠成型28

2.5 涡轮增压器核心部件造型设计30

2.6 小结32

参考文献32

第3章 涡轮增压器学科分析理论33

3.1 流场分析理论33

3.1.1 雷诺平均下的N-S方程34

3.1.2 湍流模型34

3.1.3 交界面的数值处理36

3.1.4 涡轮增压器流场特性分析37

3.2 传热分析理论39

3.2.1 传热分析的基本理论39

3.2.2 对流换热的数值计算方法40

3.2.3 涡轮增压器对流换热分析42

3.3 结构分析理论43

3.3.1 结构计算的基本理论43

3.3.2 涡轮增压器结构相关学科分析43

3.4 转子动力学分析方法47

3.4.1 临界转速计算方法47

3.4.2 转子系统不平衡响应计算方法56

3.5 滑动轴承动力系数求解方法59

3.5.1 滑动轴承的雷诺方程59

3.5.2 油膜刚度和阻尼系数60

3.5.3 油膜刚度和阻尼系数的计算61

3.5.4 算例分析65

3.6 小结66

参考文献66

第4章 多学科解耦-重构方法与耦合信息传递68

4.1 多学科设计优化解耦与重构方法68

4.1.1 耦合系统分析68

4.1.2 系统重构方法69

4.2 参数空间插值传递方法71

4.2.1 参数空间插值方法71

4.2.2 插值函数73

4.2.3 算例75

4.3 动网格技术81

4.3.1 网格重生成方法82

4.3.2 网格变形技术82

4.4 小结86

参考文献87

第5章 涡轮增压器多学科可行优化设计89

5.1 多学科可行方法89

5.2 离心式压气机多学科可行优化设计90

5.2.1 离心式压气机多学科分析91

5.2.2 优化设计91

5.3 涡轮多学科可行优化设计95

5.3.1 涡轮多学科分析96

5.3.2 优化设计97

5.4 涡轮增压器整机多学科优化设计100

5.5 小结103

参考文献104

第6章 效率与精度的权衡策略105

6.1 试验设计与分析106

6.1.1 试验设计方法107

6.1.2 主次因素分析109

6.2 近似技术116

6.2.1 近似技术概述116

6.2.2 基于近似方法的离心压气机气动优化117

6.2.3 基于近似方法的涡轮多学科设计优化122

6.3 变复杂度设计方法128

6.3.1 变复杂度设计方法概述128

6.3.2 离心式压气机耦合松弛多学科优化设计131

6.4 小结134

参考文献135

第7章 多学科并行优化设计方法136

7.1 协同优化方法137

7.2 并行子空间优化方法138

7.3 并行优化系统的应用139

7.3.1 协同优化设计140

7.3.2 并行子空间优化设计143

7.4 基于近似模型的协同优化方法144

7.5 优化方法的比较147

7.6 小结148

参考文献149

第8章 多目标优化方法150

8.1 多目标优化问题的特点150

8.1.1 多目标优化问题的数学描述151

8.1.2 Pareto解集的定义151

8.2 基于偏好的多目标优化方法153

8.2.1 线性加权法154

8.2.2 改进的线性加权法155

8.2.3 极大-极小法156

8.2.4 理想点法157

8.2.5 ε-约束法157

8.3 非偏好的多目标优化方法159

8.3.1 多目标遗传算法160

8.3.2 多目标粒子群优化算法167

8.4 基于多目标遗传算法的优化设计168

8.4.1 多目标优化算例168

8.4.2 基于多目标遗传算法的压气机优化设计170

8.5 小结172

参考文献172

第9章 多学科不确定性建模及优化设计174

9.1 可靠性分析理论175

9.1.1 可靠性分析基本概念175

9.1.2 可靠性分析方法176

9.2 增压器涡轮不确定性分析179

9.3 基于可靠性的多学科设计优化182

9.3.1 基于可靠性的优化设计方法182

9.3.2 基于可靠性的多学科设计优化方法186

9.3.3 基于近似技术的多学科综合可靠性优化设计190

9.4 小结191

参考文献191

第10章 多学科集成设计优化环境193

10.1 多学科集成设计环境的功能分析193

10.1.1 多个学科的集成环境194

10.1.2 变量设定、数据管理、历程可视化195

10.1.3 优化算法库195

10.1.4 试验设计、近似技术195

10.1.5 质量工程195

10.2 软件框架及介绍195

10.2.1 软件总体框架195

10.2.2 软件介绍199

10.3 算例分析204

10.3.1 算例1：工字梁减重优化204

10.3.2 算例2：增压器涡轮多学科设计优化206

10.4 小结208

参考文献208

第11章 数值仿真模型的校核209

11.1 建模与仿真的VV＆A技术210

11.1.1 建模与仿真的VV＆A技术210

11.1.2 复杂系统数值仿真VV＆A的解决思路212

11.2 基于优化方法的模型校核213

11.3 方法验证和结果分析214

11.4 小结218

参考文献218