基于拓扑优化技术的飞机普通框设计方法研究

为了能够合理地降低飞机结构重量系数,针对飞机结构件,以普通框为研究对象,通过对“敏度阈值”的改进,提出“敏度变阈值”概念,并与“约束补偿”策略结合而形成拓扑优化算法,用于普通框的材料布局设计。以一轻型飞机的后段某一普通框为例,拓扑优化结果表明：(1)等材料设计时,刚度提高百分之四十;(2）等刚度设计时,材料用量减少百分之三十。由此可以得出：(1)基于“敏度变阈值”的拓扑优化算法用于飞机普通框改进设计是可行的和有效的;(2)给出了一种具有可操作性的设计方法,用以实现框结构“等刚度”的设计思想;(3)所给出的方法易于飞机结构设计人员接受与掌握,并且具有工程实用价值。     

任意轮廓线图形的快速扫描线转换

多边形的扫描线转换和区域填充是光栅图形面着色的两种主要方法。前者速度快，但对多边形轮廓线的形状有一定要求；后者无此限制，但须访问区域内的所有象素点，填充速度慢。本文基于对轮廓形状信息的分析，提出了一种任意封闭轮廓线图形的快速扫描线转换方法，它无需访问映象内存即可完成任意封闭轮廓线图形的扫描线转换，保持了多边形的扫描线转换与区域种子填充两种方法的优点，避免了各自的不足，因此具有更一般的应用适应性及更高的转换效率。     

引用形定义与图像控件菜单交互标注形位公差

实现形位公差交互标注的方法有多种，但基本上都是用ＡｕｔｏＬＩＳＰ语言和菜单文件结合编程实现的，本文介绍的方法是在ＡｕｔｏＣＡＤ１４．０中，用引形定义与图像控件菜单交互标注形位公差。     

航空发动机圆弧型榫头型面优化设计

通过有限元计算,对比分析了圆弧型与平面型榫齿面接触应力分布规律以及对加工和装配误差的敏感性.研究结果表明:圆弧型榫齿面能够明显改善接触表面挤压应力的分布,大大降低挤压应力的峰值,从而有效提高抗微动疲劳能力.此外圆弧型榫齿型面的榫头对加工偏差、安装状态变化不敏感,具有鲁棒性特征.在上述研究结果的基础上,对圆弧型榫头型面如何进行优化设计进行了深入研究,提出了采用二维建模进行优化,在三维模型上进行验证的优化设计方法,降低了计算工作量,达到了工程化的目的,并设计出了某型发动机圆弧型榫头型面.研究结果表明该方法合理有效.     

二次有理双圆弧曲线及其在CAD中的应用

阐明了由三点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２确定的双圆弧的连接点可用控制点表示，其轨迹是圆心在Ｐ０Ｐ１中垂线上，半径为的圆弧是（ｌ＝｜Ｐ０Ｐ２｜，θ１，θ２△Ｐ０Ｐ１Ｐ２的底角）。提出了三种满足光顺性要求的选择连接点的方法。证明了用二次有理Ｂｅｚｉｅｒ曲线精确表示圆弧的充要条件是其中ｋ≠０，ω０，ω１，ω２为权因子。进而建立了双圆弧曲线的有理参数方程，即其中Ｆｉ（ｔ）与Ｇｉ（ｔ）是双圆弧基函数。作为应用，最后构造了一类以双圆弧为横向截线的曲面，包括其特殊情形双圆弧锥面和双圆弧柱面。     

非均质变截面折线形梁面内振动的传递矩阵解法

考虑到折线形梁面内二维振动的特性，用传递矩阵法分析其面内的自由振动问题，导出了匀质变截面折线形梁面内振动的频率方程，利用非线性代数方程求根的计算机解法，可求得任意精度的任意阶固有频率。方法公式简洁，占计算机内存少，可编制成通用程序在小型微机上分析大型复杂折线形梁的面内振动特性。     

提高图像轮廓清晰度的快速插值放大方法

分析了当前主要的高清晰度图像插值放大方法,为实现快速放大而选择了基于图像轮廓插值改善清晰度的技术路线,并在已有算法的基础上开展了进一步的研究.提出了新的图像轮廓线光顺数值算法,对轮廓线划分的两类子区域提出了精度更高的插值算法.最后,以典型平面图形的图像和由3DMax生成的三维渲染图像为例对本文方法进行检验,与双线性插值结果的对比说明,该方法可以明显改善插值放大效果.     

基于Depth from Focus的图像三维重建

应用改进Laplacian聚焦算子实现序列图像的融合显示,用高斯插值算法得到图像三维重建中的高度图,并设计一种轮廓线算法对高度索引图进行了三维重建;成功地应用于摄像机拍摄序列图像的三维重建,弥补了摄像机物镜焦深范围有限不能采样清晰大幅图像的不足.理论和实验结果证明,用该方法生成的二维融合图像和三维显示图像,恢复出比较精确的物体表面深度信息,提高了图像的清晰度.     

航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计

提出了一种结合多胞形鲁棒变增益控制综合技术和基于系统广义距离的调度策略的航空发动机全包线控制方法。利用雅克比线性化方法获得包线内多点的发动机线化模型,将这些点作为多胞形模型的顶点,并利用多胞形鲁棒变增益控制综合技术设计顶点控制器。引入能够反映系统广义距离的间隙度量来计算包线内其他点的凸分解系数,结合顶点控制器实现全包线内发动机中间状态高压转速控制。全包线内的仿真结果表明,采用该控制方法能够满足航空发动机中间状态控制要求,具有较好的鲁棒性和跟踪性能,同时保证了控制器在全包线范围的稳定性。     

某飞机气密座舱球面框设计研究

以某飞机球面框设计为例,应用理论计算以及有限元方法对影响气密框设计的主要参数进行研究,得到球面框设计的最佳角度为60度,球皮厚度与筋条数目均为影响球面框稳定性的重要因素。对于机身半径为1000mm的某型飞机,飞机球面框结构的最优设计为球面框角度60度,球皮厚度0.8mm,纵向加筋数目8根。本结论对于球面框初步设计具有指导意义。     

关于矩阵的Jordan标准形问题

本文讨论矩阵的Jordan标准形问题。第一节证明了三个基本引理。然后,在此基础上,第二节导出了矩阵Jordan标准形的存在和唯一性定理。最后,在第三节,讨论了将给出的矩阵变换成Jordan标准形的变换矩阵的求法。     

机身普通框连接结构疲劳分析方法

将某机型机身等直段试验件普通框连接结构疲劳总体有限元模型分析结果与局部细节有限元模型中对应区域分析结果相结合,获取一系列修正系数,提出一种快速精确获取机身等直段试验件所有普通框结构疲劳薄弱区域应力及钉载分布的方法.在此基础上,进行疲劳寿命分析,分析结果与试验结果吻合较好.该方法分析效率高,能较好满足多轮次尺寸优化设计要...     

任意平面曲线的圆弧逼近方法

提出了一种根据给定精度逼近平面任意曲线的方法。该方法可以逼近任意次有理Ｂ样条曲线以及非均匀有理Ｂ样条曲线，尤其克服了双圆弧逼近方法的局限性实现了对封闭曲线的圆弧逼近。该方法独立于坐标系，独立于曲线类型。实际应用结果表明，它是一个适用于ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统任意平面曲线的圆弧逼近通用算法。本文对边界条件确定、误差修正和拐点处理进行了一定的研究，得出了一些价值性高、实用性强的结论，为数控加工任意平面曲线提供了一条简捷、易行、可靠的途径。     

允许多种形式参考输入的变结构控制系统设计的一种方法

基于变结构控制原理,本文提出了一种变结构控制系统的设计方法,它允许多种形式的参考输入。用此方法设计的变结构控制系统同样具有对参数变化和外界扰动的鲁棒性。文中算例证实了该方法的有效性。     

杯形砂轮精密磨削WC-Co涂层的磨削力

使用杯形砂轮进行磨削,可以获得较高的加工效率和表面质量.但由于杯形砂轮的平面磨削方式与普通外圆砂轮平面磨削存在差异,故传统的磨削力建模不适合杯形砂轮的平面磨削.为了从本质上解释杯形砂轮磨削力的各种现象,本文对杯形砂轮的磨粒切削过程进行了分析,提出了杯形砂轮有效磨削宽度的概念,分析了杯形砂轮磨削陶瓷涂层时的磨削力,建立了杯形砂轮精密磨削陶瓷涂层磨削力的理论公式.磨削力工艺试验结果验证了理论公式的有效性和正确性.     

基于MSC.Nastran/HyperWorks的薄壁圆筒隔框结构拓扑优化设计

薄壁加筋结构是航空航天领域常见的一种结构型式,这类结构的强度分析和优化设计广泛地受到关注。相比自行开发软件,合理地结合商业有限元软件的优势开展结构分析和优化设计更加简单实用,且易于飞机结构设计人员掌握。提出了一个基于MSC.Nastran和HyperWorks的完整的结构分析和优化设计流程。首先,在MSC.Nastran中进行整体结构的建模和分析,然后将隔框从整体结构中隔离出来,将MSC.Nastran分析得到的隔框边界节点的位移信息作为强制位移载荷施加给隔框,然后基于HyperWorks的优化模块对隔离出的隔框单独做优化分析和拓扑结构设计。该流程合理地结合了MSC.Nastran的结构分析功能和HyperWorks的优化功能,以薄壁圆筒隔框结构中隔框部分的拓扑优化为例详细说明了流程的全部细节,通过算例表明该结构分析和优化设计流程普遍适用于大型复杂结构的优化设计问题。     

电扇扇叶的实验与设计

本文在吸取了史密斯(Smith,V.J.)提出的自由风扇变旋绕速比的工程计算方法的优点后,推导出了扇叶剖面的翼型升阻比和扇叶前方滑流中的旋绕速比的理论计算公式。在此基础上发展了史密斯的自由变旋绕速比的设计方法。文章最后给出了用此法设计的可用于生产中的300毫米扇叶的合理外形。     

TB200飞机无裂纹零号框改装方案剩余强度研究

基于有限元方法确定了造成TB200型飞机零号框裂纹的主要应力分量，验证了有限元分析模型的可靠性。对零号框损伤后结构的应力状态进行了分析，说明了对未损伤结构进行加固改装的必要性。给出了对未损伤零号框结构进行加固改装的方案，分析了改装后结构的应力状态和表征剩余强度的静强度恢复系数。计算结果表明加固改装方案能有效降低零号框应力，载荷主要由零号框加强片承担，结构剩余静强度高于框原始状态静强度。预测了加固改装后结构出现损伤的具体位置和损伤形式。     

精铸叶片金属型随形冷却蜡模的快速制作方法

针对现有树脂型快速模具存在精度差、导热率低的问题，提出了一种基于低熔点合金铸造成形的空心涡轮叶片熔模铸造蜡型注射用快速模具制作方法；设计了注蜡型腔模的复合结构，型腔模外部是铝合金框，内部是包埋有随形冷却铜管的低熔点合金铸造体；给出了模具内随形冷却管的设计方案。以“模具-蜡型-型芯”系统为分析对象，应用ANSYS软件进行了模具冷却仿真。仿真结果显示本模具的冷却速率与温度均匀性得到显著改善。     

轴对称短化喷管型面设计及流动分析

对最短长度喷管(MLN)设计方法进行了改进和优化,在喷管喉部扩张段实现了光滑过渡,采用特征线方法设计轴对称短化喷管型面。采用高阶、高分辨率WENO格式对设计的喷管进行流场数值模拟,结果表明:短长度喷管和喉部加圆弧过渡的短化喷管出口流场均匀,能够达到设计要求,经过圆弧过渡的喷管型面出口流场品质更好。