基于MDO的MEMS多物理域耦合设计建模

微机电系（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）涉及多个物理域，多物理域的耦合加大了设计建模的难度。多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是专门针对复杂系统的综合设计优化方法，在处理系统间的相互耦合问题上有着技术和方法上的优势。提出将多学科设计优化方法应用于MEMS的多物理域耦合设计，并对相应的多物理域耦合建模方法作出了分析研究。     

基于多粒度宏建模的MEMS非标结构设计方法

随着微电子机械系统(Micro electro mechanical systems,MEMS)应用的广泛化与需求的多样化,现有由参数化单元库内的结构组合的设计方法已难以满足非标设计需求.为此,给出一种支持非标结构设计的多粒度宏模型的映射提取与等效近似方法.在多粒度宏建模的MEMS设计层次和流程中,通过MEMS器件的完备有限元模型的节点关联与组合,映射提取描述系统的整体矩阵,获得系统的基于低阶常微分方程组的精确模型.按列一维方式变带宽存储大型稀疏对称矩阵,由拉格朗日多项式拟合和广义极小剩余获取等效近似模型,建立非标结构的系统级保真输入输出关系,连接器件级模型和系统级模型,不断迭代实现产品设计.以ACIS为几何造型内核开发自主原型系统,以数字光处理微镜为例进行验证,结果表明,该方法将局限于单元库内简单器件的设计拓展到支持复杂奇异非标结构的设计,这对于提高MEMS设计质量和效率具有重要意义.     

中国微纳制造研究进展

介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system,MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展,最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。     

面向微机电系统组装与封装的微操作装备关键技术

对微机电系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)组装与封装工艺的特点进行了总结分析,给出了MEMS组装与封装设备的研究现状。针对MEMS产业发展的特点,分析了面向MEMS组装与封装的微操作设备中的工艺参数优化数据库、快速精密定位、模块化作业工具、快速显微视觉、柔性装夹和自动化物流等关键技术。在此基础上,详细介绍了研制的MEMS传感器阳极化键合设备和引线键合设备的组成结构、工作原理,并给出了组装和封装试验结果。最后,指出了MEMS组装与封装技术及设备研制的发展趋势。     

一种新颖的微机电系统微结构显微图像三维自动拼接方法

提出一种基于白光垂直扫描显微镜(White-light vertical scanning interference microscopy,WVSIM)的微机电系统(Micro electro mechanical systems,MEMS)微结构三维自动拼接方法,来获得包含完整MEMS信息的大视场、高分辨率的MEMS微结构显微图像,以满足MEMS微结构功能特征分析、评定的需要。通过分析白光垂直扫描显微成像原理,将MEMS微结构显微图像的三维拼接分解为x-y向拼接与z向高度校正。将二维图像配准的尺度不变特征变换特征匹配算法应用到MEMS微结构显微图像的三维拼接中,实现MEMS微结构显微图像的智能、鲁棒三维自动拼接。试验表明,该方法不需要超高精度的硬件,解决了任意形状MEMS微结构显微图像的高精度三维自动拼接问题。横向拼接精度可达0.8μm,纵向拼接精度小于1 nm。     

三级建模微型机电系统多学科优化设计法

针对微型机电系统(MEMS)设计所存在的多学科交叉、周期长等问题,以自顶向下的三级建模法为基础,结合多学科优化设计法,提出了基于三级建模的微型机电系统多学科优化设计法.该方法既保持了三级建模法设计效率高的优点,又能够很好地解决MEMS设计中多学科耦合的问题,比较适合复杂MEMS的设计任务,可以进一步提高设计效率.该方法在微加速度计设计中的应用,证明了该方法在MEMS设计中的有效性.     

高超声速飞行器多学科优化建模方法

为建立高超声速飞行器多学科设计优化软件系统,研究了一种面向多学科设计优化的建模方法.通过分析系统分解带来的学科设计冲突,建立了两种多学科连续性条件.据此连续性条件,结合现有飞行器设计流程,提出了一套建立多学科设计优化模型的方法,包括系统分析模型和系统优化模型.针对高超声速飞行器方案设计,研究了包含弹道/控制、气动、超燃冲压发动机、结构、热保护系统等五个学科的多学科设计优化问题.采用所研究的多学科设计优化建模方法,构造了系统级模型,并在框架软件中按照此模型集成各学科软件,建立了高超声速飞行器多学科设计优化软件系统.     

MEMS技术的智能化硅压阻汽车压力传感器

文中介绍通过采用MEMS(micro electro mechanical systems)技术制造的硅压阻力敏元件结合智能集成化信号调理技术设计了适合批量制造的小型化坚固封装的通用汽车压力传感器.通过智能调理技术将传感器的零位和满度进行温度校准实现了宽温度工作范围内的高精度测量,并且适合于批量制造.     

一种快速收敛的多学科协同优化方法

为解决协同优化方法求解速度过慢的问题,提出一种快速收敛的多学科设计协同优化方法。在该求解方法中,系统优化的全部设计变量分为全局变量和局部变量,协同优化方法中的辅助设计变量被消去;系统级只控制全局变量,学科级控制局部变量;在系统级添加各学科中包含全局变量的约束条件,并基于学科状态方程构造耦合变量一致性约束条件;从各子学科中消除耦合变量的一致性问题,子学科目标的优化只对系统目标的最优起指向性作用。采用两个典型的多学科设计优化算例,检验快速收敛的多学科设计协同优化方法的计算特性,结果表明该方法的收敛迭代步数比协同优化方法大大减少,具有更快的收敛速度。     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。     

基于Agent模型的多学科设计优化方法

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科 ,多学科设计优化 (MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法。本文首先简要回顾现有 MDO方法的特点 ,然后基于 Agent模型提出了一种新的多学科设计优化方法——子空间自主式优化方法。这种方法具有如下特点 :流程简单 ;各个学科组可自主地、并行地进行设计和优化 ;灵活性强 ;所需系统分析的计算次数少 ;没有系统级协调优化环节。为了验证这种算法的有效性 ,对二个典型算例进行了数值实验。初步的数值实验结果表明 ,二个典型的算例经过几次迭代后均能收敛于最优解。子空间自主式方法是一种较有潜力的 MDO方法 ,值得进一步研究     

基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化研究

汽车车身设计是一项复杂的系统工程，针对设计涉及多个学科专业领域的特点，提出了基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化方法。基于Agent的MDO方法是一种很有潜力的MDO方法，这种方法具有如下特点：流程简单，各个学科组可自主地、并行地进行设计优化，没有系统级协调优化环节。实例研究表明，基于Agent模型的多学科设计优化方法对于解决复杂系统问题有很好的应用前景。     

复杂微机电系统多学科设计方法研究

针对复杂微机电系统设计涉及多个学科领域的特点,提出了应用多学科设计优化方法来设计复杂微机电工程产品,归纳分析了复杂微机电系统在设计过程中可能涉及的学科,探讨了多学科设计方法在复杂微机电系统设计中的应用。     

基于ISIGHT的曲柄连杆机构多学科优化

多学科优化方法(MDO)可以弥补传统优化的不足,有效解决复杂优化问题,提高工程项目的设计和优化效率.针对柴油机曲柄连杆机构多学科部件优化问题,综合考虑曲轴和连杆两部件,采用协同优化方法,建立了相应的多学科优化数学模型,并基于ISIGHT软件构建多学科优化平台,进行了曲柄连杆机构多学科综合优化计算.研究结果表明,采用多学...     

Multidisciplinary design optimization of a structurally nonlinear aircraft wing via parametric modeling

In this study, the optimization of an aircraft wing design was conducted using multidisciplinary design optimization (MDO), which integrates aerodynamic and structural analysis in considering nonlinear structural behavior. Automation is an absolute necessity to make the MDO framework practical for actual engineering optimization problems. The objective of this research was to develop a fully automated MDO framework in which the entire process is automated through a parametric-modeling approach. The computational fluid dynamics (CFD) grid was generated automatically from parametric modeling using CATIA and Gridgen, followed by automatic flow analysis using FLUENT. The computational structure mechanics (CSM) grid was generated automatically by the parametric methods of CATIA and MSC/Patran. The structure was analyzed by ABAQUS considering the deformation nonlinearity, and the aerodynamic load was transferred from the CFD grid to the CSM grid using the volume spline method. The response surface method was applied for optimization, which helped achieve the global optimum. The developed MDO framework was applied to a wing optimization problem in which the objective was wing weight and the constraints were the lift-drag ratio, wing deflection, and structural stress level. The aspect ratio, taper ratio, quarter-chord sweep angle, skin thickness, and spar flange area were the design variables. The optimization design result demonstrated a successful application of the fully automatic MDO framework.     

基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究

协同优化是进行多学科设计优化的有效方法之一。本文将粒子群优化算法应用于协同优化,通过对系统级优化等式约束条件进行转换,克服了协同优化自身内部的计算缺陷,有效解决了当原始系统优化问题不满足Kuhn-Tucker条件时导致的计算困难,最后以数值计算和减速器设计为例进行了验证。结果表明本文提出的方法是有效的,同时也为将新型算法应用于多学科设计优化问题提供了参考。     

汽车车身的多学科优化设计(MDO)研究

多学科优化设计 (MDO)为机械结构件结构优化提供了一条更为系统、精确的方法。本文主要讨论和研究了汽车车身MDO中的一些关键技术问题 ,并以轻型货车EQ10 6 0F驾驶室车身为例 ,对其进行了多学科结构优化设计 ,为汽车车身的设计提供了一条新的设计思路     

Robust Collaborative Optimization Method Based on Dual-response Surface

A novel method for robust collaborative design of complex products based on dual-response surface (DRS-RCO) is proposed to solve multidisciplinary design optimization (MDO) problems under uncertainty. Collaborative optimization (CO) which decomposes the whole system into a double-level nonlinear optimization problem is widely Accepted as an efficient method to solve MDO problems. In order to improve the quality of complex product in design process, robust collaborative optimization (RCO) is developed to solve those problems under uncertain conditions. RCO does opfmiTation on the linear sum of mean and standard deviation of objective function and gets an optimal solution with high robustnmess. Response surfaces method is an important way to do approximation in robust design. DRS-RCO is an improved RCO method in which dual-response surface replaces system uncertainty analysis module of CO. The dual-response surface is the approximate model of mean and standard deviation of objective function respectively. In DRS-RCO, All the information of subsystems is included in dual-response surfaces. As an additional item, the standard deviation of objective function is added to the subsystem optimization. This item guarantee both the mean and standard deviation of this subsystem is reaching the minima at the same time. Finally, a test problem with two coupled subsystems is conducted to verify the feasibility and effectiveness of DRS-RCO.     

基于Kriging模型的后优化近似研究

后优化分析技术定量地研究当优化参数发生变化时，相应的优化结果会发生怎样的改变。过去的研究多集中在对优化结果的敏感度分析(一阶近似)，所得到的结果只在当前参数的微小扰动范围内有效。用Kriging模型进行优化结果的插值近似(相对于优化参数)，从而可以提供整个参数空间中优化结果的全貌。用简单的算例与一阶近似、二次响应面近似进行了比较，同时为了解决临界约束集发生改变时，目标函数突变对Kriging模型近似精度带来的影响，提出一种分片插值方案，较大地提高了Kriging的近似精度。