频栅约束的结构优化设计方法及在桨叶设计上应用

本文利用动力优化准则法的基本方法,提出“频栅约束”(多个带状区间频率约束)条件下离心力场中结构优化设计的工程方法。同时提出多频率修正公式。开且应用这个方法对Y-2直升机金属桨叶和复合材料梯形桨叶进行了频率优化设计,取得满意的结果。     

直升机操纵稳定性优化设计

为了提高直升机操纵稳定性,建立了适合直升机总体设计的操纵稳定性分析模型,通过优化设计选择合适的总体参数和布局参数,以获得优良的直升机操纵稳定性。以UH-60A直升机为算例,结果表明该直升机操纵稳定性优化设计方法是可行和有效的;同时对比经典数值优化算法、智能优化算法和混合优化算法,发现混合优化算法更适合直升机操纵稳定性优化设计模型的求解。     

改进遗传算法的纵列式直升机总体参数优化设计

研究纵列式双旋翼直升机总体参数的优化设计方法,在分析双旋翼气动干扰对旋翼气动特性影响的基础上,采用改进的遗传算法,以运输效率为目标、以飞行性能和重量效率等参数为约束条件,建立优化设计模型,优化纵列式直升机总体参数。以CH-47D纵列式直升机为优化算例,计算结果表明,本文提出的优化方法是可行的,优化效果良好。     

计算机辅助设计在直升机总体方案设计上的应用

本文介绍了采用算机优化技术进行直升机总体方案设计的一种方法。文中采用“罚函数”方法将直升机总体参数设计这类多元的、有约束的非线性规划问题处理为无约束的非线性规划问题,从而运用“随机投点法”、“随机方向法”和“单纯形法”等直接搜索的优化方法进行求解,求出满足设计要求的直升机“最佳方案”。文中的程序可在单旋翼带尾桨直升机初步设计时,用作总体参数设计。     

直升机尾桨参数优化设计

在单桨式直升机总体设计阶段,除总体参数外,还需决定尾桨参数。本文介绍采用计算机优化技术进行直升机尾桨参数优化选择的方法。文中采用“罚函数法”将直升机尾浆参数设计这类多元有约束的非线性规划问题,处理为无约束非线性规划。用“随机投点法”、“随机方向法”等优化方法进行求解,求出满足尾桨设计要求的“最佳参数”。程序可在单桨带传统尾浆的直升机初步设计时,进行尾浆参数的选择。     

遗传算法在DH106动力箱可靠性优化设计中的应用

本文考虑随机因素的影响，建立了DH106动力箱可靠性优化设计的模型。采用惩罚函数法将约束优化转化为无约束优化。将遗传算法用于DH106动力箱可靠性优化设计的求解，利用交叉和变异来搜索，在较大程度上避免了优化搜索停止在局部优化解上，优化效果十分明显。     

旋翼翼型定常-非定常特性综合优化设计新方法

旋翼翼型对直升机旋翼及全机气动特性有至关重要的影响。结合直升机飞行特性及旋翼工作气动环境,本文提出了一种新的旋翼翼型设计理念,即定常优化设计同非定常设计相结合的方法来开展直升机旋翼专用翼型的优化设计。首先,建立旋翼翼型非定常气动特性的高精度CFD求解方法,以获得旋翼翼型在相应状态下的升力、阻力和力矩等气动参数。其次,针对旋翼翼型优化状态的特点,对于翼型静态优化及动态失速优化分别采用遗传算法和序列二次规划算法。在上述方法建立基础上,首先针对定常状态下的原始翼型(SC1095)进行优化设计,获得一个满足设计要求的静态优化翼型,进一步着重对该翼型在非定常状态下进行优化设计,成功地得到一种新翼型,并具有非常规外观。结果表明,在设计状态下,新翼型在保持良好定常气动特性的同时,明显减弱了动态失速状态下的分离涡,从而显著改善了翼型的动态失速特性。     

复合材料机翼结构形状/尺寸综合优化设计

提出了一种复合材料机翼结构的形状／尺寸综合优化设计方法,对形状／尺寸综合优化问题进行解耦处理,得到了一种双层循环优化策略。采用均匀设计法给出若干样本点,使用准则优化手段进行尺寸优化设计,构造了形状设计变量与尺寸优化结果之间的二次多项式响应面模型,采用复合形法完成了基于响应面的形状优化设计。最后,对某型大展弦比飞翼结构进行了优化设计。优化算例结果表明,所提方法可行且有效,有较高的优化效率。     

基于粒子群优化的直升机飞行控制律设计方法

针对直升机强耦合特性导致飞行控制律设计难度高的问题,提出了一种基于粒子群优化算法的改进线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)设计方法。针对直升机的线化状态空间模型,基于LQR设计方法建立了直升机飞行控制律全状态反馈矩阵的基本求解算法;以系统稳定性为约束,以最大化主状态反馈系数影响因子为目标,设计了粒子群优化算法的指标函数,实现了加权矩阵Q的多参数同步优化设计,并以优化后的主状态反馈系数作为直升机控制律设计结果。采用本文方法对UH-60A直升机悬停状态的飞行控制律进行了设计和验证。结果表明,基于本文方法得到的控制律具有良好的控制性能,并且能够显著提高直升机的飞行品质。同时本文的优化方法系统地解决了LQR设计过程中加权矩阵确定的困难,提高了控制律的设计效率。     

基于6σ设计的复合推力高速直升机总体参数多目标优化

针对复合推力高速直升机总体设计阶段总体参数的选择问题,提出一种提高可靠性和鲁棒性的基于6σ设计的改进多目标遗传算法优化方法。采用叶素理论和数值积分的方法分析计算了复合推力高速直升机气动及飞行性能,并以此为基础建立了约束函数和初步目标函数模型;将6σ设计融入改进的多目标遗传算法中,构造最终目标函数;在给定有效载荷设计要求下,对复合推力高速直升机总体参数进行了多目标优化设计。该方法获得了所需的Pareto解,优化后的复合推力高速直升机飞行性能相对原机有了较大改善,算例结果表明该方法有效可行。     

热噪声复合环境下飞行器结构动响应预示技术研究进展

高超声速飞行器在巡航/再入阶段经历着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,严重威胁着结构的完整性和可靠性。严酷的热环境会显著改变结构的整体和局部模态特性,出现模态跳跃和丢失;当与噪声载荷共同作用时,结构动态响应出现突弹跳变现象,表现出强非线性特征,因此热噪声复合环境下结构动响应预示面临严峻挑战。本文综述了热噪声复合环境动响应预示技术的发展过程,对比分析了目前热噪声动响应预示技术的优势与不足,对于未来高超声速飞行器、可重复使用运载器等载荷环境条件制定和结构优化设计均具有重要意义。     

通用结构分析程序与优化方法库的集成

本文介绍了有限元通用结构分析程序SAP5与优化方法程序库的集成方法。集成后的计算机软件系统SAPOPT具有通用结构分析程序和优化方法程序库两者的优势。它是结构优化设计人员强有力的工具。例题的计算结果表明，SAPOPT系统是可靠的。     

超静定捆绑火箭传力路径的组合优化策略

为了获得新一代 大推力捆绑火箭捆绑方案的最优设计参数,针对超静定捆绑传力路径进行分析与优化设计。基于PATRAN的二次开发语言PCL对超静定捆绑火箭进行了参数化建模和仿真分析,并运用拉丁超立方试验方法对传力路径设计参数进行灵敏度分析。在此基础上提出了一种多目标粒子 群和序列二次规划算法的组合优化策略,确定了捆绑联接方案设计参数,实现了对捆绑联接装置和助推器结构载荷的高效优化。计算结果表明：组合优化策略能够将主捆绑联接结构的受力减少了30%左右,明显优于单独使用一种全局优化算法或局部优化算法的优化结果。本文研究成果将为新型捆绑火箭捆绑方案优化设计提供参考。     

非确定结构系统区间分析的直接优化法

工程中的非确定性问题可以用区间分析、随机理论或模糊集理论进行求解。本文采用区间分析法来处理结构静力分析和设计中的不确定性问题。将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示，用有限元法建立系统的控制方程。该控制方程是线性区间方程组。本文讨论了一些求解区间线性方程组的方法并提出了一种直接优化法。将方程组中的所有区间数都作为设计变量，区间量的变化区间作为相应的设计变量的边界约束，运用约束优化法求出方程组解的各元素的最大值和最小值。文中给出了两个算例，列出了本文算法与其他算法的结果比较     

基于正交试验和APDL的盒式天平力敏元件集成优化设计

针对悬臂梁力敏元件的结构优化问题,以布片部位应变最大和变形最小为优化目标,将正交试验法引入到力敏元件结构多目标优化中,提出了一种实用高精度的结构多目标优化方法.基于正交试验法和APDL求解模块,确定初始优化方案;对在其可行区间边界上未能取优的因素,细化样本点,采用最小二乘多项式曲线拟合对该因素的试验结果进行高精度拟合,通过计算获取该因素的最优水平,得到了全局最优化方案.通过对拟合效果的量化评价和有限元仿真验证,力敏元件的参数优化结果比较理想.     

具有多阶频率与振型约束的结构动力学优化设计

本文研究了在多阶固有频率约束的情况下,通过改变结构的尺寸进行结构动力学优化,使多阶振型的节点同时满足位置要求的问题。采用尺寸优化方法,首先建立了振型节点位置与结构尺寸之间的变量关系,然后在给定的约束条件下对结构进行优化,使结构不仅满足动力约束条件,而且使结构重量达到最小。优化实例表明,采用本文的方法,能够有效地解决工程结构设计中涉及到的一类具有多阶固有频率、振型节点位置要求的结构动力学优化设计问题。     

基于响应面的结构抗疲劳优化设计方法

借助于试验设计和响应面近似模型技术,提出了一个结构细节抗疲劳优化设计的策略。其基本思想是在结构抗疲劳设计方法的指导下选取结构的设计变量,用试验设计方法在设计变量空间里选取样本点,对各样本点所对应的结构建立有限元模型并进行结构分析和疲劳寿命估算,得到各样本点的响应(结构质量和疲劳寿命),用这些样本点和响应建立疲劳寿命和质量的响应面近似模型,并对近似模型进行优化获得最优解。算例表明本文提出的结构抗疲劳优化的策略是十分有效的。     

遗传算法在含连续/离散变量结构优化中的应用

传统的优化方法难于有效地处理含有连续／离散混合变量优化问题。本文探讨了如何将遗传算法应用于含连续／离散设计变量的结构优化问题。着重讨论了连续／离散混合变量的编码方法和减少适应度函数计算次数的ｍ ｉｃｒｏ ＧＡ 技术。将遗传算法应用于数学考题和十杆结构尺寸／材料混合变量优化问题。两个算例表明，遗传算法能比较有效地解决含连续／离散混合设计变量的优化问题。     

机身加强框结构刚度优化设计研究

以某型飞机翼身结合加强框为例,利用有限元法进行其刚度性能的优化设计。首先,分析确定翼身结合框的可靠性安全载荷,建立全新的结构刚度模型,利用有限元法分析求解刚度指标。然后根据结构设计要求和限制条件,基于应力应变特性和拓扑优化分析结果,优选设计参数,提出改进模型。通过对比分析结果,表明模型改进达到了结构刚度优化设计的目的。     

压电结构的控制-结构一体化设计

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个 Ｌｙａｐｕｎｏｖ 方程的解。以系统的存留能量指标为适应度函数，以作动器和传感器的位置及控制增益为优化参数，利用基于共享函数机制小生境技术的遗传算法进行结构、控制设计。最后，对一悬臂压电耦合板进行了实例分析。结果表明，该方法是解决控制结构一体化设计的一种有效途径，可以得到多个最优解或次优解。