Isight在车体结构优化分析中的应用
基于Isight进行商用车架多学科优化设计
商用车架多学科优化设计潘淑华 李保国 李继川 一汽技术中心结构强度研究室 赛特达科技有限公司【摘 要】在商用车设计过程中，引入过程集成、流程自动化和参数化设计概念，并利用 Morph 功能实 现有限元网格自动化生成，在满足 7 种加载工况和由应力、频率、静态刚度的约束的前提下， 利用 Abaqus 软件进行仿真，通过优化方法实现车架质量最小。
实践证明，减重效果明显。
【关键词】商用车 多学科优化 有限元 参数化设计1项目意义随着原材料的涨价，载货的限定，汽车结构的优化设计是迫切的需求。
减轻汽车自身 质量一方面节约了原材料，降低了生产成本；另一方面也降低了燃油消耗，减少了排放， 有利于环保要求。
优化设计是近年来发展并应用起来的一门技术，已经应用到结构设计的各个方面，车 架设计也正在多方面引入了优化设计的概念。
为了在产品设计阶段进行优化概念设计，我们首先对车架特性进行深入细致的研究， 主要集中在车架静、动态方面。
车架的强度、刚度是其承载性能的主要指标，模态是整车 振动特性及部件匹配的指标，按特性指标控制进行车架结构的参数优化设计，运用 isight 集成、驱动 hypermesh、abaqus 等软件，考虑工程制造的可行性，获得最优的车架结构纵、 横梁位置布局，合理的纵、横梁及连接板的厚度匹配，综合获得最优的设计方案，节省材 料，降低成本。
2车架分析方案制定2.1 总体优化方案在车架设计中，各部件总成质量分布如下图，从图中可以发现在车架减重优化中，纵 梁、纵梁内加强梁、纵梁前端、纵梁后部加强板是一个关键因素，其占整个车架质量的 63.9%，其次为大支架（为铸造件）及连接件（为铸造件），各横梁总成质量相差不大。
因 此用 2 个阶段实现车架优化目标：第一阶段，从刚度、模态角度考虑，建立车架分析的梁 模型，通过调整各个车架各个断面的尺寸、横梁支架的位置关系，获得车架断面尺寸、横 梁位置的最佳匹配，起到一定的优化布局的作用；第二阶段，在断面尺寸优化的基础上， 建立有板壳单元组成的详细模型，开展强度、刚度、模态联合仿真优化，确定车架的最佳 尺寸匹配和板厚匹配，达到减小车架质量的目的。
isight工程机械实例
Msc Nastran
z 有限元求解
Isight
z 集成工作流程 z 设计变量敏度分析 z 多方案寻优
5
6
3
优化问题设置
Variables 设计变量
z 4个隔板位置
{ mid1~mid4 { 允许值：-60~60
多目标权衡 iSIGHT/EDM
优化流程如下：
z 试验设计（DOE）调用真实CAE模型仿真，获得一系列离散方案的结果 z 利用已有的结果作为样本点构造出近似模型 z 在近似模型上采用多目标算法进行寻优，而不需要真实的CAE模型 z 采用多目标权衡工具（EDM）对多目标的结果进行权衡处理
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7
大纲
利用EDM(工程数据挖掘工具)生成直观的多目标变量间关系，方便 工程师根据自己的要求进行选择。下图分别为采用NCGA和NSGA两 种算法得到的最大应变与质量之间的关系，其中蓝色点为Pareto前 沿上的点，工程师就可以根据工程需要选择合适的蓝色点（方案）。
20
10
最优方案与初始方案的隔板位置比较
12
6
具体模块介绍__计算质量
再次采用simcode组件集成hypermesh程序，利用hypermesh 读入bdf文件，统计出质量等参数
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解决方案__优化流程探讨
根据CAE分析耗时长的特点，利用isight丰富的算法库可以实现一下 流程：
CAE模型 DOE实验设计
近似建模
多目标算法 NCGA/NSGA2
z 本案例针对单节臂结构（见下图），采用有限元仿真手段，考查结构尺寸和隔板 位置变化对应力\应变，总质量等参数的影响，采用isight作为集成优化平台，完 成该结构的性能改进，即综合优化应力\位移、总质量等性能指标
ISIGHT工程优化案例分析
iSIGHT工程优化实例分前言随着设备向大型化、高速化等方向的发展，我们的工业设备（如高速列出、战斗机等）的复杂程度已远超乎平常人的想象，装备设计不单要用到大量的人力，甚至已牵涉到了数十门学科。
例如，高速车辆设计就涉及通信、控制、计算机、电子、电气、液压、多体动力学、空气动力学、结构力学、接触力学、疲劳、可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等若干学科。
随着时代的进步，如今每个学科领域都形成了自己特有研究方法与发展思路，因此在设计中如何增加各学科间的沟通与联系，形成一个统一各学科的综合设计方法（或平台），成为工程和学术界所关注的重点。
多年来，国外已在该领域做了许多著有成效的研究工作，并开始了多学科优化设计方面的研究。
就国外的研究现状而言，目前已经实现了部分学科的综合优化设计，并开发出了如iSIGHT、Optimus等多学科商业优化软件。
iSIGHT是一个通过软件协同驱动产品设计优化的多学科优化平台，它可以将数字技术、推理技术和设计搜索技术有效融合，并把大量需要人工完成的工作由软件实现自动化处理。
iSIGHT软件可以集成仿真代码并提供智能设计支持，对多个设计方案进行评估和研究，从而大大缩短了产品的设计周期，显著地提高了产品质量和可靠性。
目前市面上还没有关于iSIGHT的指导书籍，而查阅软件自带的英文帮助文档，对许多国内用户而言尚有一定的难度。
基于以上现状，作者根据利用iSIGHT做工程项目的经验编写了这本《iSIGHT工程优化实例》。
本书分为优化基础、工程实例和答疑解惑三个部分，其中工程实例中给出了涉及铁路、航空方面多个工程案例，以真实的工程背景使作者在最短的时间内掌握这款优化的软件。
本书在编写的过程中，从互联网上引用了部分资料，在此对原作者表示衷心地感谢！我要真诚地感谢大连交通大学（原大连铁道学院）和王生武教授，是他们给了我学习、接触和使用iSIGHT软件机会！仅以本书献给所有关心我的人！赵怀瑞2007年08月于西南交通大学目录第一章认识iSIGHT (1)1.1 iSIGHT软件简介 (1)1.2 iSIGHT工作原理简介 (5)1.3 iSIGHT结构层次 (6)第二章结构优化设计理论基础 (8)2.1 优化设计与数值分析的关系 (8)2.2 优化设计基本概念 (8)2.3 优化模型分类 (10)2.4 常用优化算法 (11)2.5大型结构优化策略与方法 (25)第三章iSIGHT软件界面与菜单介绍 (31)3.1 iSIGHT软件的启动 (31)3. 2 iSIGHT软件图形界面总论 (31)3.3 任务管理界面 (35)3.4 过程集成界面 (42)3.5 文件分析界面 (45)3.6 过程监控界面 (49)3.4 多学一招—C语言的格式化输入/输出 (52)第四章iSIGHT优化入门 (54)4.1 iSIGHT优化基本问题 (54)4.2 iSIGHT集成优化的一般步骤 (54)4.3 iSIGHT优化入门—水杯优化 (55)第五章模压强化工艺优化 (85)5.1 工程背景与概述 (85)5.2 优化问题描述 (85)5.3 集成软件的选择 (86)5.4有限元计算模型介绍 (86)5.5 模压强化优化模型 (87)5.8 iSIGHT集成优化 (90)5.9优化结果及其分析 (97)5.10 工程优化点评与提高 (98)第六章单梁起重机结构优化设计 (99)6.1 工程与概述 (99)6.2 优化问题描述 (99)6.3 集成软件的选择 (100)6.4起重机主梁校核有限元计算模型介绍 (101)6.5 主梁优化模型 (101)6.8 iSIGHT集成优化 (103)6.9优化结果及其分析 (108)6.10 工程优化点评与提高 (109)6.11 多学一招—ANSYS中结果输出方法 (109)第七章涡轮增压器压气机叶片优化设................................................... 错误!未定义书签。
基于Isight软件的白车身多目标优化方法
基于Isight软件的白车身多目标优化方法基于Isight软件的白车身多目标优化方法随着汽车工业的迅猛发展，车辆质量和性能的要求也越来越高。
在汽车生产中，白车身是汽车生产过程中的一个重要环节。
白车身的设计和优化对整个汽车的质量和性能有着重要的影响。
在过去的几十年里，设计师们通常依靠经验和试错方法来设计优化白车身。
然而，这种方法会消耗大量的时间和资源，并且无法保证最佳的设计方案。
因此，研究人员开始探索使用计算机建模和优化方法来提高白车身设计的效率和性能。
近年来，基于Isight软件的多目标优化方法在白车身设计中受到了广泛关注。
Isight是一种用于多目标优化的软件平台，它能够自动化实验设计、参数化建模和优化分析。
通过结合CAD软件和有限元分析软件，Isight可以实现对白车身结构的全面优化。
首先，在使用Isight软件进行白车身多目标优化之前，需要将整个白车身结构进行参数化建模。
参数化建模是将车身结构的几何形状和性能指标与设计参数进行关联的过程。
通过定义合适的设计参数和变量范围，可以有效地探索设计空间，并寻找最佳的设计方案。
接下来，利用Isight软件自带的优化算法进行多目标优化。
多目标优化可以分为两个主要阶段：初级优化和细化优化。
初级优化通过运用遗传算法、粒子群算法等启发式算法探索设计空间，生成一组不同的设计方案。
然后，通过有限元分析和性能评估，对这些设计方案进行初步筛选和排序。
在初级优化的基础上，进行细化优化。
细化优化是根据初级优化结果，进一步调整设计参数和变量范围，以优化白车身的性能指标。
细化优化可以采用响应面法、Kriging模型等方法来快速评估不同设计方案的性能。
通过迭代优化过程，不断更新设计参数和变量范围，逐步接近最佳设计方案。
最后，使用Isight软件的可视化功能，对多个最优解进行分析和比较。
通过对不同设计方案的性能指标进行权衡，可以选择最佳的设计方案。
相比传统的试错方法，基于Isight软件的白车身多目标优化方法具有以下优势：1. 提高了设计效率。
基于Isight多学科优化设计技术及其应用研究_三一科技
4 结论
随着计算机性能的快速提高和人们对产品 性能的要求越来越高， 以及机械系统复杂程度的 提高， 多学科优化设计为大型机械结构优化设计 开辟了新的研究领域， 利用多学科优化设计技术 和优化软件 ISIGHT 集成各学科分析模型， 定义 优化问题， 必将大大提高机械产品优化设计的水 平，使得产品优化的结果更为合理和符合实际。 参考文献 [1] 范钦满，吴永海，徐诚. 基于 ISIGHT 的机 液耦合举升机构的优化设计， 机械设计与制 造，2009， （7） ：39-41 [2] 廖林清，屈翔，雷刚. 基于多学科的活塞优 化 设 计 方 法 . 中 国 机 械 工 程 ， 2009,20 （9）:1123-1125 [3] 赵伶丰，王海龙，白光明，等。航天器多学 科设计优化技术综述， 航天器工程， 2007,16 （5） ：104-108 [4] Monell D, Mathias D, Reurher J. et al. Multi-disciplinary analysis for future launch systems using NASA, Advanced engineering Environment, AIAA,2003
利用工业界现有的各学科分析设计工具， 在分布 式计算机网络上集成各学科或子系统已有的丰 富知识与经验， 对复杂系统进行综合设计， 以达 到缩短设计周期， 降低产品开发成本和提高产品 竞争力的目的。 多学科优化设计技术的实质是利用优化原 理为产品的全寿命周期设计提供理论基础和实 施方法， 这与并行工程的思想非常接近。 总而言 之，多学科设计优化技术是系统科学、优化论、 工程设计学、 并行工程理论、 分布式网络计算技 术与各学科分析方法相结合的产物。 1.2 多学科优化设计软件 Isight 目前市场上流行的主流 CAD/CAE 软件， 很 多都带有各自的优化计算模块， 但都受限于单学 科，进行结构、控制等方面的优化设计。随着计 算机技术的不断发展， 多学科优化设计软件得到 了迅猛的发展。 ISIGHT 软件起源于 GE90 航空发动机，是 由美国 Engineious 公司出品的过程集成、 优化设 计和稳健性设计的软件，已经具备 30 多年的发 展历史，市场占有率达到 70%以上，可以将数 字技术、推理技术和设计搜索技术有效融合入， 并把大量的需要人工完成的工作由软件实现自 动化处理， 好似一个软件机器人在代替工程设计 人员进行重复性的、 易出错的数字处理和设计处 理工作。目前在航空、汽车电子、机械、化工等 产业得到广泛的应用。 在国内， 已经在清华大学、 上海交通大学。 北京航空航天大学等学校， 以及 航空航天、机械、动力等相关行业得到应用。由 于 isight 软件所倡导的多学科优化设计和基于质 量工程设计方法在国内的应用还刚刚起步， 所以 它的应用无疑会大大提升国内制造业数字化、 信 息化和现代化的水平。
abaqus Isight参数研究与结构优化CH01-Isight与功能原件介绍
Abaqus_Isight參數研究與結構優化CH01 Isight與功能元件介紹
簡歷
2
01
Isight綜覽
Isight介紹
參數研究
Y 1
限制範圍
初始設計
產品優化
X 2
評估設計變數對結果之貢獻
核心架構
Sim-flow
Dataflow
軟體介面
功能列
模型樹Sim-flow建立區
02
各功能元件
功能元件
•Isight內之功能元件大致上可以分為驅動元件
與應用(Application component)
•驅動元件：下達命令給Sim-flow執行
•應用元件：根據要求執行命令
運行概念
實驗設計元件
優化元件參數擬合
近似模型
03
Abaqus元件
Abaqus元件
之最大差異來自於幾何外型，如果欲研究幾何尺寸對響
設定Abaqus元件
設定Abaqus元件設定Abaqus元件
設定Abaqus元件參考資料
本次課程要點。
基于iSIGHT的重卡车架优化设计
（ Ｕ ｒ ｕ ｍ ｑ ｉ ， Ｘ ｉ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ， ８ ３ １ ４ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ｏ ｆ ａ ｈ ｅ ａ ｖ ｙ － ｄ ｕ ｔ ｙ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｗ ａ ｓ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ． Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ
Ａｎ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｔｒ ｕ ｃ ｋ Ｆｒ ａ ｍｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
ｏ ｎ ｉ Ｓ Ｉ ＧＨＴ
Ｇｏ ｕ Ｃｈ ｕ ｎ ｍｅ ｉ ， Ｗｕ Ｍｉ ｎ， Ｄｏ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ４ ６ Ｎ ｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ７
设计 ・ 计算・
基于 ｉ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ的重卡车架优化设计
苟春梅 吴 民 董 静
（ 新疆交通职业技术学院汽车工程分院 新疆
乌鲁木齐
８ ３ １ ４ ０ １ ）
摘 要： 以某企业重型载重汽车车架为研 究对象， 根据 Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ三维实体模 型， 应 用有限元前处理软
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ＡＢ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｌ ａ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ， ｗ ａ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ —
用iSIGHT实现车身冲压件成形自动优化设计
用iSIGHT实现车身冲压件成形自动优化设计Automatic Optimization of Forming Design for Auto-bodyStamping Parts Using iSIGHT刘伟1、杨玉英1、邢忠文2（1.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，2.哈尔滨工业大学机电工程学院）Email：liuweihit@摘要: 车身冲压件成形工艺受到许多因素的影响，合理地确定这些参数具有至关重要的作用。
本项目采用iSIGHT的集成、优化手段与数值模拟技术相结合的方法，针对板料成形中拉深筋阻力优化设计问题，结合国际板料成形数值模拟会议Benchmark标准考题，研究了自动优化设计的实现技术。
关键词:板料成形，优化设计，数值模拟Abstract：There are many factors which have much influences on the forming process of auto-body stamping parts, so how to determine these variables properly become very important. Both the integration and optimization method of iSIGHT and the numerical simulation technology, in this project, have been applied to solve the optimal design problem of drawbead restraining force. Coupled with a NUMISHEET‘93 Benchmark Case, implementation technology of automatic optimization has been studied.Key words:Sheet Forming, Optimization Design, Numerical Simulation1 项目简介在汽车工业中，70%的零部件是采用冲压成形的方法制造的，尤其是车身冲压件。
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基于ISIGHT的车体结构优化分析
Body Structures Optimization Analysis By Isight
高岩蔡华国周定陆
长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE所
摘要：基于参数化建模工具、网格变形技术，应用Isight平台进行优化分析，对车体结构的性能进行优化。
关键词：参数化；网格变形；优化
Abstract: Body structures optimization analysis, Which based on the tool of build parameter model or technology of morph, Optimize analysis control by isight.
Key words: parameter; morph; optimize
1引言
设计变量、目标和约束条件是优化设计的三要素。
Isight作为一款循环控制的优化平台，自动化驱动工作流程，不断迭代，让工程师更专注与专业技术，自动化流程大大缩短设计周期。
Isight优化平台已经广泛的应用于汽车设计的CAE分析优化，如CFD优化分析、油耗优化分析等。
但是由于Isight是以改变设计参数作为变量的优化控制平台，而汽车结构有限元计算的参数数量巨大，不易直接改变，可明显改变的只有料厚、材料等信息，对于节点的位置优化由于数量巨大且难以控制，一直是从事车体结构分析人员想解决的一个难题。
随着CAE技术的发展，越来越多的软件公司已经注意到车体结构方面拓扑优化的这个瓶颈问题，所以对越来越多的参数化建模工具，网格变形技术软件进行了研发。
基于这些软件，使利用这些软件进行参数设置从而控制车体结构的拓扑结构，利用Isight优化平台调用有限元分析软件进行车体结构优化的过程成为可能。
进一步推动CAE驱动设计，使CAE在概念设计阶段发挥更大的作用。
2建立参数（设计变量）
2.1拓扑结构变化参数
2.1.1参数化建模工具
利用参数化建模软件，对下车体进行参
数化建模，用参数化的下车体模型与非参数
化的上车体模型耦合，形成分析用的模型，
参数化模型的各个参数可以作为设计变量，
进行优化分析
图1 某车型下车体参数化模型
2.1.2网格变形技术
利用网格变形软件，录制网格变形路
径为参数，此参数作为设计变量，进行优
化分析
图2 某车型网格变形参数设置模型
2.2 料厚优化参数
以可变零件的料厚为设计变量，进行参数化设置
3分析流程
对参考车进行基础分析，根据分析结果设定目标值；对参考车进行参数化建模，进行结构拓扑优化灵敏度分析，选择合适的参数进行优化分析；同时对参考车进行料厚优化的灵敏度分析，选择合适的参数参与料厚优化分析。
通过ISIGHT平台控制，进行优化分析。
4优化方法
目前，一般采用Isight提供的DOE优化方法，在DOE分析中，几何参数和材料厚度参数在DOE分析中将同时应用。
因为优化参数的选择对计算量影响很大，一般采用优化拉丁方法，由于优化拉丁方法每次生成的矩阵不同，所以可以采用多台计算机同时优化计算来加快优化速度。
5结论
基于ISIGHT优化方法，利用参数化建模工具或者网格变形技术进行参数化设置、同时考虑料厚变化的车体结构多目标优化可以节约大量优化方案人工校核计算的时间，使工程师更专注于解决更专业的技术问题。
此方法大量广泛应用于设计初期，使CAE人员在设计前期介入成为可能，改变以往依靠工程师经验进行前期设计的弊端，在设计前期，进过CAE的分析，向设计人员建议较好的断面结构，以及关键梁的布置等工作，减少后期的反复计算更改。
由于这个阶段，设计自由度相对较多，可以优化的空间更大，以便节约时间，降低成本。
参考文献
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[3]陈玉杰，张代胜, 客车车身结构概念设计中的优化分析,设计与研究, 机械 2007 年第12 期总第34 卷
[4]庄毅胜,黄妙华,周星亮,基于拓扑优化的电动游览车车身优化设计,轻型汽车技术2009（7/8）总239/240
[5]姜欣，陈勇等，前期白车身构架优化设计，DS.SIMULIA 2009年中国区用户论文集。