基于并行重分析的高效电子封装设备优化方法

Flexible multi-body dynamics is the theoretical basis for electronic packaging equipment optimization, but there are still drawbacks like high computational complexity and low computational efficiency, which seriously influences the efficiency of the optimization process. This project based on the theory of flexible multi-body system dynamics analysis, by combining reanalysis methods and parallel computing technique, improves the efficiency of dynamics analysis and design sensitivity analysis for electronic packaging equipment design, aiming at building an efficient electronic packaging equipment optimization platform. In technical route aspect, firstly, this project adopt the domain decomposition method and GPU base finite element parallel computing technology to parallelize the flexible multi-body dynamics analysis. Secondly, based on flexible multi-body system dynamics parallel computing framework, study parallelized dynamic and nonlinear reanalysis methods to form an efficient flexible multi-body system dynamics analysis platform. Then, based on above analysis platform, explore efficient design sensitivity analysis methods for flexible multi-body dynamics, and integrate the achievements to develop an efficient electronic packaging equipment optimization platform. Finally, the platform will be applied to engineering practice, and the validity of the dynamics analysis and optimization results will be verified through experiment means. The study of this project can provide theoretical basis and technology for efficient implementation of electronic packaging equipment optimization.

柔性多体系统动力学是电子封装设备优化设计的理论基础，而目前仍存在着计算复杂度高、计算效率低下等问题，严重影响了优化过程的计算效率。本项目以柔性多体系统动力学分析为理论基础，结合重分析方法和并行计算技术对电子封装设备的动力学分析和设计灵敏度分析的计算效率进行改进，旨在构建高效的电子封装设备优化设计平台。技术路线上，本项目首先拟采用区域分解算法和有限元GPU并行计算等技术，对柔性多体系统动力学分析进行并行化。其次，以柔性多体系统动力学并行计算框架为基础，对并行化动力学和非线性重分析方法展开研究，以形成高效的柔性多体系统动力学分析系统。然后，基于上述分析系统探索高效的柔性多体系统动力学设计灵敏度分析方法，并集成开发为高效的电子封装设备优化设计平台。最后，将上述平台应用于工程实践，并通过实验手段对动力学分析和优化结果的有效性进行验证。本项目研究为电子封装设备优化的高效实现提供理论依据和技术手段。

电子封装设备优化设计需要进行反复的柔性多体系统动力学分析，分析模型的大规模和非线性特性给优化系统的计算精度和效率都带来了极大挑战。本项目主要着眼于电子封装设备优化设计的计算效率问题，同时兼顾其精度，对优化系统的正问题计算、结构优化方法和优化算法等多个方面展开研究。.正问题计算方面，本项目以重分析方法为技术要点，对柔性多体系统动力学方法和非线性结构动力学分析方法进行改进，提出了基于浮动坐标法的柔性多体系统动力学分析的快速求解算法和用于带非线性边界结构的快速重分析方法。这一类方法的特点是对于规模越大的问题，其节省的计算时间就越多。算例测试显示，根据问题规模的不同，上述基于重分析的快速算法能节省20%至80%不等的计算时间。.结构优化方法方面，本项目对目前发展较为成熟的结构拓扑优化方法——变密度法（SIMP）的求解过程进行改进，提出了一种基于梯度投影法的设计变量更新算法。与以前的求解算法，修改梯度投影法具有更高的收敛速度和精度，得到的最优结构边界更为清晰，并且该方法也可用于结构动力学拓扑优化设计。.优化算法方面，本项目针对电子封装设备优化设计“黑箱”函数和大规模的特点，提出了一种高效、稳定的遗传算法-非均匀Kriging-梯度投影混合全局优化算法。该方法使用非均匀 Kriging 模型对目标函数进行评估，能够在不苛求近似模型全局精度的情况下保证优化过程的精度，并节省大量计算时间。使用梯度投影法对遗传算法种群进行变异，可以在提升优化收敛效率的同时确保优化约束条件，从而可以避免使用并不严格的罚函数法处理约束函数。在工程算例测试中，与遗传算法相比，本项目方法使用约6%的计算代价得到了更小的目标函数值，且解的稳定性更好，证明了本项目方法在工程应用中的优越性。.本项目研究成果的科学意义在于，构造了高效、精确、稳定的电子封装设备优化设计体系，为电子封装设备的研发提供了理论依据和技术手段。