考虑数值噪声的热-电耦合系统分析

发布时间：2019-10-13 22:18

【摘要】：由于仿真计算中数值噪声的影响,优化的设计函数常常是不光滑或不连续的,为多学科之间的解耦和优化计算带来较大困难。为此,借鉴全局优化的相关理论,提出了考虑数值噪声的热-电耦合系统分析方法。在解耦方法上,根据"同时分析和设计"(SAND)思想,将解耦问题转化为一个优化问题,在学科层引入Kriging替代模型以便过滤数值噪声,并采用极大似然估计法确定新增样本点的位置,较大程度上减少了解耦分析所需的重分析次数,通过一个典型的热-电耦合算例验证了模型和方法的有效性。
【图文】：

训悖嗵疚亩砸坏湫偷娜?电耦合系统，借鉴了全局优化领域的相关理论和算法，研究了考虑数值噪声的耦合系统分析问题，提出一种基于子系统Kriging模型的耦合系统分析方法，该方法可以有效地消除数值噪声对优化计算所带来的不利影响，较大程度上提高了解耦效率。1热-电耦合问题描述热-电耦合问题是电子设备中常见的典型耦合问题之一。电子设备中温度场的分布会影响一些热敏器件的物性参数进而影响整个设备的性能指标［11］，反过来，电路电性能改变引起的敏感器件发热功率变化也会影响电子设备内温度场的分布。如图1所示为某机箱在热仿真分析软件IcePak中的模型图，该机箱采用强迫风冷方式散热，沿X轴、Y轴、Z轴的长度分别为100mm、250mm和356mm，环境温度为20℃，机箱分为上下两层，中间由一块厚度为6mm的背板将机箱分为两个区域:设备一面和翅片一面。在设备一面放置两个高功率元器件，器件密闭在一个腔体内，腔体壁与外界的传热系数为15W/(m2·K)。在翅片一面有10个散热翅片，右侧为3个风扇，每个风扇的质量流量为0．01kg/s，左侧与外界连通。该机箱设备的系统分析包含热分析和电路分析两个耦合的子系统。其中热分析采用IcePak商业热仿真软件，输入参数为散热片的尺寸变量(长、宽、高)和元器件的功耗(P1、P2)，，其中元器件功耗由电路分析提供;电路分析的输入参数为相应的电路参数(元器件阻抗、温度热敏系数等)及元器件的温度(T1、T2)，其中元器件温度则由热分析提供。由以上叙述可知该系统的耦合变量为元器件的温度T=［T1T2］和功耗P=［P1P2］。图1热-电耦合模型Fig．1Thethermal-electricalcouplingmodel该问题中两个元件均为NTC热敏电阻，电阻的温度特性如式(1)表示ＲT=Ｒ

，其中元器件温度则由热分析提供。由以上叙述可知该系统的耦合变量为元器件的温度T=［T1T2］和功耗P=［P1P2］。图1热-电耦合模型Fig．1Thethermal-electricalcouplingmodel该问题中两个元件均为NTC热敏电阻，电阻的温度特性如式(1)表示ＲT=Ｒ0expB1T－1T[()]0(1)式中:T0=298．15K(25°C);Ｒ0为该温度下的电阻;ＲT是温度为T(单位为K)时的电阻;B为热敏电阻的温度敏感系数。将两个元器件并联到30V的固定电压下。依照耦合系统的概念可建立该热-电耦合分析模型，如图2所示，设散热齿尺寸变量为X1=［LWH］(散热齿的长、宽、高)，电路参数为X2=［B1B2Ｒ01Ｒ02］(器件的温度敏感系数和原始电阻)。则整个系统分析需要满足的状态方程为T=CAT(X1，P)P=CAP(X2，T})(2)图2热-电耦合分析模型Fig．2Thethermal-electricalcouplinganalysismodel式中:CAT为热分析;CAP为电路分析。值得注意的是在此热电耦合模型中，系统分析的输出变量和系统内部的耦合变量是相同的，即元件的温度T和功耗P。因此可以认为该系统的一次系统分析就是在确定输入X=［X1X2］T的情况下求解式(2)得到Y=［TP］的过程。第13期张卓等:考虑数值噪声的热-电耦合系统分析215
【作者单位】： 哈尔滨工程大学自动化学院;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51509049)
【分类号】：O224

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 左曙光;韦开君;吴旭东;聂玉洁;许思传;;采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化[J];农业工程学报;2016年02期

2 杨晓涛;谷正气;杨振东;董光平;谢超;;汽车乘员舱多层吸声材料的多目标优化[J];振动与冲击;2013年04期

3 郭旺柳;宋文萍;许建华;许瑞飞;;旋翼桨尖气动/降噪综合优化设计研究[J];西北工业大学学报;2012年01期

4 韩永志;高行山;李立州;岳珠峰;;基于Kriging模型的涡轮叶片多学科设计优化[J];航空动力学报;2007年07期

5 白小涛;李为吉;;基于近似技术的协同优化方法在机翼设计优化中的应用[J];航空学报;2006年05期

相关博士学位论文 前2条

1 高海洋;基于振动特征指标与Kriging模型的结构损伤识别方法研究[D];大连理工大学;2013年

2 高月华;基于kriging代理模型的优化设计方法及其在注塑成型中的应用[D];大连理工大学;2009年

相关硕士学位论文 前3条

1 王彦;基于改进EGO算法的黑箱函数全局最优化[D];北京工业大学;2014年

2 张晓琳;基于二次外罚函数和Kriging模型的目标级联方法研究[D];华中科技大学;2013年

3 匡玲;基于近似模型的两级集成系统协同优化方法研究[D];华中科技大学;2012年

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 张卓;于飞;王秋滢;杜石鹏;;考虑数值噪声的热-电耦合系统分析[J];振动与冲击;2017年13期

2 ;中国汽车工程学术研究综述·2017[J];中国公路学报;2017年06期

3 陈培焕;兰凤崇;陈吉清;黄培鑫;;试生产阶段SUV低频噪声识别与改进研究[J];机械设计与制造;2017年05期

4 郝英杰;张洪信;赵清海;张铁柱;华青松;高雷;;缸间齿轮联动液压发动机曲柄连杆机构的近似协同优化设计[J];机械制造;2017年04期

5 万玉;许思传;张良;;燃料电池车用离心叶轮型线参数化及多工况优化[J];同济大学学报(自然科学版);2017年01期

6 贺谦;;多学科耦合系统可靠性分析方法研究[J];机械强度;2017年01期

7 韦开君;左曙光;吴旭东;聂玉洁;;可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究[J];工程热物理学报;2017年02期

8 程锋;王华;韩晶;崔品;;巡飞弹充气式弹翼挠度研究与预测[J];战术导弹技术;2017年01期

9 贺岩松;张辉;夏小均;赖诗洋;何治桥;;轿车车内声学包多目标优化与分析[J];机械科学与技术;2017年03期

10 吴宪;王成;邵建旺;邓国明;;基于Kriging模型及NSGA-Ⅱ算法的前围声学包优化[J];振动与冲击;2016年22期

相关博士学位论文 前10条

1 周f3鸣;基于代理模型的多样性可竞争结构优化设计[D];大连理工大学;2016年

2 陈世适;基于多源响应信息融合的优化设计理论与方法研究[D];北京理工大学;2016年

3 张适;纤维增强塑料制品的纤维取向、残余应力、翘曲变形及温热老化的数值模拟[D];华中科技大学;2015年

4 张剑;基于代理模型技术的高速列车性能参数设计及优化[D];西南交通大学;2015年

5 杨建根;水辅助注塑成型穿透机理及工艺稳健优化研究[D];上海交通大学;2014年

6 刘海涛;空间绳网展开及复合体离轨动力学与控制[D];国防科学技术大学;2014年

7 于盛睿;全电动塑料注射机工艺控制关键技术研究[D];华中科技大学;2014年

8 蔡园武;周期性板结构的渐近均匀化方法及微结构优化[D];大连理工大学;2014年

9 常海超;近似理论在船型优化中的应用研究[D];武汉理工大学;2014年

10 郝鹏;面向新一代运载火箭的网格加筋柱壳结构优化研究[D];大连理工大学;2013年

相关硕士学位论文 前3条

1 周慧;基于变复杂度近似的改进两级集成系统协同优化方法及应用研究[D];华中科技大学;2015年

2 周奇;多学科协同优化算法及其在船舶概念优化设计中的应用[D];中国舰船研究院;2014年

3 李莹;基于SORA策略的不确定性多学科设计优化方法研究[D];华中科技大学;2013年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王春林;叶剑;曾成;夏勇;罗波;;基于NSGA-Ⅱ遗传算法高比转速混流泵多目标优化设计[J];农业工程学报;2015年18期

2 曹安国;吴亚东;刘鹏寅;杜朝辉;;基于改进Kriging代理模型的自适应序列优化算法在离心压缩机蜗壳设计中的应用[J];动力工程学报;2015年07期

3 王文杰;袁寿其;裴吉;张金凤;袁建平;毛法良;;基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计[J];机械工程学报;2015年15期

4 袁寿其;王文杰;裴吉;张金凤;冒杰云;;低比转数离心泵的多目标优化设计[J];农业工程学报;2015年05期

5 杨振东;谷正气;汪怡平;颜建容;杨晓涛;;Prediction and optimization of aerodynamic noise in an automotive air conditioning centrifugal fan[J];Journal of Central South University;2013年05期

6 杨魏;王福军;王宏;;离心风机叶片三维反问题优化设计[J];农业机械学报;2012年08期

7 刘城;潘鑫;闫清东;魏巍;;基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化[J];北京理工大学学报;2012年07期

8 容江磊;谷正气;杨易;江涛;尹郁琦;;基于Kriging模型的跑车尾翼断面形状的气动优化[J];中国机械工程;2011年02期

9 顾媛媛;袁民建;毛义军;祁大同;;离心风机吸声蜗壳结构的数学物理模型及实验验证[J];西安交通大学学报;2011年01期

10 许瑞飞;宋文萍;韩忠华;;改进Kriging模型在翼型气动优化设计中的应用研究[J];西北工业大学学报;2010年04期

相关博士学位论文 前5条

1 方圣恩;基于有限元模型修正的结构损伤识别方法研究[D];中南大学;2010年

2 王俊荣;海洋平台结构物损伤检测与模型修正方法研究[D];中国海洋大学;2009年

3 于繁华;基于计算智能技术的桥梁结构损伤识别研究[D];吉林大学;2008年

4 朱翔;裂纹损伤结构的振动功率流特性与损伤识别[D];华中科技大学;2007年

5 袁颖;桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究[D];大连理工大学;2006年

相关硕士学位论文 前5条

1 吴世蔚;基于指标分解的汽车动态性能优化[D];华中科技大学;2009年

2 刘慧超;基于近似模型的变复杂度优化方法研究[D];国防科学技术大学;2006年

3 王小妮;联接翼飞机结构重量分析与气动/结构一体化设计[D];南京航空航天大学;2005年

4 穆雪峰;多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D];南京航空航天大学;2004年

5 薛飞;飞行器设计的协同优化方法及其计算环境研究[D];南京航空航天大学;2004年

【相似文献】

相关会议论文 前1条

1 王海侠;陆启韶;;对称电耦合连接方式下的多尺度同步行为的转迁过程[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

本文编号：2548920