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BOSS Quattro功能及应用实例

BOSS Quattro功能及应用实例 2011年12月03日 来源： 一、总体介绍SAMTECH 软件有限公司是世界上著名的有限元软件SAMCEF 的开发商及供应商，公司成立于 1986 年，软件产品专注于机械系统虚拟仿真、结构有限元分析和多学科优化的软件工具，例如BOSS Quattro。20 多年来，SAMTECH 凭借其强大的技术实力、专业的技术团队及完善的服务体系赢得了全球如航空航天、防卫、汽车、能源、造船等工业以及高等院校等众多领域用户的青睐。

2007 年10 月成立的SAMTECH 公司北京代表处是SAMTECH 公司在中国地区的分支机构，全面负责SAMTECH 软件在中国的推广，以及软件的技术服务工作。

二、BOSS Quattro 软件功能BOSS Quattro 是一个完整的优化平台，它提供从简单的参数分析到整体自动优化的一系列工具，通过它可以拓宽用户的设计优化空间，其主要功能包括：1．任务管理在优化设计时，BOSS Quattro 提供了灵活的方式，可以将庞大复杂的多任务分析链以及多分析类型同时进行组合，然后进行不同种类的分析。

2．分析种类在 BOSS Quattro 中，可以进行多种分析类型，包括：●参数研究：借助参数研究分析，BOSS Quattro 提供了一整套的工具用于拓宽设计优化的空间，通过自动探测设计空间，参数分析是用户获得优化设计的捷径；●统计分析：在 BOSS Quattro 中，利用蒙特卡罗方法，可以处理统计学参数和解答问题，例如失效概率的大小、位移大于给定值的概率问题等，而且通过统计分析研究可以得到参数的统计变量对模型行为的影响；●参数优化和模型修正：BOSSQuattro 提供了一流的、能快速收敛的算法，从而获得中肯的评估和优化结果。此类算法开辟了优化相关学科的新领域，可以在一个平台上组合使用，成为获得约束条件下最优化设计研究、模型修正方法以及系列设计中遴选最佳方案的有效工具；

●试验设计：对于试验设计，它可以帮助用户理解实际问题的难点，评估各种参数对优化求解的影响，在BOSS Quattro 中可以根据试验来选择想要的设计；●响应面设计：利用试验设计的结果通过模型近似来得到响应面，然后通过响应面分析可使用户的分析一路畅通而不必返工，这样就可大大减少分析时间和成本，此外响应面分析还可用作获得精细优化分析结果的快捷工具。3．优化算法BOSS Quattro 的亮点就在于它超强的优化算法，包括遗传算法、自适应响应面法、蒙特卡罗法、数学规划法以及顺序凸化法等，可以用于多目标问题的求解和可行性设计的搜索等，同时遗传算法的引入扩宽了BOSS Quattro 的应用，使得用户能够处理各种新的问题，例如离散变量优化、不连续函数以及全局优化搜索等。4．接口BOSS Quattro 对于多种CAD 和CAE 软件都提供了接口，其在基于几何模型获得应力位移等函数的CAD 环境下运行，因此，即便是迭代分析之后再重新划分网格，计算模型也能够与几何模型保持一致。另外，BOSS Quattro 也可以和各种运算求解器相结合，包括各种中性求解器如EXCEL表格、自编程序和商业软件如ANSYS、NASTRAN 等进行优化运算，BOSS Quattro 与SAMTECH 公司的其他软件产品更是紧密结合，努力实现分析和设计的无缝集成。5．数据库BOSS Quattro 能够存贮内部求解器的所有的计算子步结果，这样，如果需要，可以重复的使用这些结果而不必重新计算，同时用户还可以在这之中来甄别最好的结果。三、BOSS Quattro 的行业成功案例1．BOSS Quattro 在飞机优化设计中的应用BOSS Quattro 在航空尤其是欧洲航空领域有着广泛和深入的用户群。这些客户中包括EADS, AIRBUS, SNECMA, EUROCOPTER 等飞机、发动机和直升机的主机研发机构，也包括他们的供货商和配套商如SOCATA，ALENIA，LATECOERE 等等。BOSS Quattro 在航空领域的优势主要体现在它在该领域的成功应用上。SAMTECH 公司与它的最大客户空中客车公司多年来保持了深入和密切的合作关系，这些合作的一个重要内容和方向在于飞机结构尤其是复合材料结构的优化设计。双方合作的一个重要项目COMBOX 就是以BOSS Quattro 为核心专门致力于飞机复合材料结构优化设计的，它以桁条、框和腹板等的截面特性、铺层厚度和铺设角等为优化变量，以结构重量为设计目标，以各单元的结构强度、屈曲特性和损伤容限等为约束条件，从而飞机机身和机翼结构的优化设计。

这是一个典型的多约束条件大规模优化问题，BOSS Quattro 采用GCM 优化算法，有效克服了寻优过程求解计算上的困难，并成功应用到空客A350 飞机机翼、水平尾翼和垂直尾翼的际结构设计中。

在优化设计中还区别于参数优化设计的另一类重要的优化设计是拓扑优化设计。与上面所述复合材料优化设计不同，它的约束条件并不是很多，但是设计变量规模巨大，也是一种大规模优化问题。BOSS Quattro 在拓扑优化设计方面同样积累了丰富的经验，并成功应用于空客A350 的零部件尤其是发动机支架结构的设计中。

2．BOSS Quattro 在机械装置结构部件优化设计中的应用BOSS Quattro 是一个通用的专业参数化优化设计平台，其应用不仅仅是在航天方面，在机械装置的应用也有很多实例。下图为一三轴铣床，在 BOSS Quattro 对其进行优化分析，通过对其几何尺寸、滑轨刚度、滚珠丝杠直径的修改来达到对刚度、质量和频率的优化设计。

3．BOSS Quattro 在汽轮机结构轴承刚度优化设计中的应用SAMTECH 公司是多个软件的供应商，其SAMCEF for ROTOR 软件在转子动力学分析方面得到广泛的应用。对于汽轮机结构来说，对于转子的分析是非常重要的，不仅可以用SAMTECH 公司的产品SAMCEF for ROTOR 对其进行临界传输、谐响应和瞬态响应等分析，同时还可以将SAMCEF for ROTOR 和BOSS Quattro 结合起来，对其进行优化设计，以提高结构性能。下图为一汽轮机结构示意图，整个模型有 60 米长，包括7 个连接装置。首先是在SAMCEF for ROTOR 对其进行建模和分析(2D 模型)。

然后再利用分析结果在 BOSS Quattro 进行优化，这里优化的变量是两个轴承的刚度和阻尼，通过它们的改变来使得整个结构的频率远离40Hz，优化结果如下图所示。

四、系统需求由于优化分析都是和有限元分析联系在一起的，因此对电脑的要求都比较高。在资金允许条件下，应尽量提高主频、增加内存和增大硬盘容量，对显卡要求则不高。建议微机配置：CPU：Pentium 2.8Hz 以上内存：最少 512M，建议2G硬盘：80G 以上五、国内外部分客户国外客户：航空航天:AERMACCHI, AIRBUS, AIR LIQUIDE, ALENIA AERONAUTICA, ALCATEL ALENIA SPACE, AGENCE SPATIALE CANADIENNE, AVIO, BOEING,HELICOPTER,BOMBARDIER AEROSPACE, CRYOSPACE, EADS ST, ESA/ESTEC, EUROCOPTER,LATECOÈRE, MTU, SABCA, SAFRAN GROUP,(HUREL HISPANO, MESSIER DOWTY,SAGEM, SNECMA-DMS, SNECMA Moteurs, TECHSPACE AERO), SONACA…交通运输:DAIMLER-CHRYSLER, DELPHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, LOHR, PORSCHE, PSA, BMW, GOODYEAR, RENAULT SPORT, TUC RAIL…能源: ABB, AREVA, EDF, ENEL, GE ENERGY PRODUCT, RTE, SCHNEIDER…国内客户：工业用户：空中客车中国研发中心，北京北重汽轮机有限公司，沈阳 606 研究所，株洲608 研究所，航天一院11 所，航天三院31 所，哈尔滨703 所，核工业理化工程研究院…高等院校：西北工业大学，北京航空航天大学，北京理工大学，东北大学，天津大学，大连理工大学…(end)

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