基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计

影响结构优化设计的不确定变量可分为概率变量和非概率变量两种.针对既存在随机变量又存在区间变量的概率-非概率混合结构优化问题,本文提出了一种基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计方法.该方法以概率-非概率混合可靠性模型为基础,同时考虑结构的概率和非概率两种不确定因素的影响,通过概率和区间运算给出满足一定约束条件下的最优解.最后通过两个典型算例与基于随机可靠性模型的结构优化设计进行对比.结果显示:在相同不确定信息下,两种可靠性优化设计结果完全相同,表明该方法是有效和实用的.     

基于概率浮动的战术导弹载荷设计方法研究

为了保证导弹飞行载荷设计工况的同时性和覆盖性要求,针对现有方法在这两点上不能完全满足的缺点,在使用载荷概率设计的大思路下,本文提出了基于概率浮动的导弹载荷设计工况挑选方法。采用浮动概率值,在弹道筛选工况点附近增加计算工况,弥补了由于弹道专业和载荷专业输入不一致而导致的载荷计算结果覆盖性不足的问题。通过算例分析对比,得出本文方法在过载计算值上对不同输入计算后的过载工况覆盖性超过75%,弯矩载荷计算最大值可以覆盖设计要求。     

航天器结构可靠性安全系数设计方法研究

火箭、导弹等航天器结构安全系数是强度设计考虑的关键参数,是设计载荷与使用载荷的比值,通常考虑材料性能散差、载荷计算偏差、结构零部件的制造工艺水平和稳定性等。目前航天器结构强度校核基本沿用传统的确定性安全系数方法,这种方法简单、可靠,但是随着航天器总体设计技术的发展和国际商业航天市场竞争的白热化,结构减重需求日趋增强,对安全系数进行精细化设计成为了一个重要的研究课题。基于此,本文开展了基于结构可靠性的航天器结构安全系数设计方法研究,给出了基于应力强度干涉模型的可靠性安全系数设计方法和设计流程,提出了基于总体偏差概率设计的航天器飞行载荷变差系数确定方法,给出了基于试验和数值仿真的导弹强度变差系数工程设计方法,可实现航天器结构安全系数精细化设计、结构减重,对提升航天器总体性能和运载能力具有重要的意义。     

弹-架分离系统动力学中的边界参数影响分析

机载导弹的发射经历着从发动机点火到导弹与载机分离的复杂动力学过程,其间作用有冲击和气动载荷,而导弹-发射装置-飞行器之间有着复杂的结构连接边界.本文建立了分离冲击条件下机载导弹与发射滑轨系统结构连接的动力学模型,利用仿真软件MSC.ADAMS/Vibration进行了系统的动力学虚拟试验与分析,研究了系统在低阶模态下连接结构的刚度和阻尼对系统频响函数的影响.本文研究为导弹发射动力学分析和弹-架系统动力学设计与优化提供了理论基础.     

认知不确定多态系统模糊可靠性评估

针对高可靠部件短时间内很难获得 足够的性能分布信息，致使对部件的认知存在一定的不确定性问题，为降低其对部件性能分 析的影响，实现对系统可靠性的准确估计，假定部件性能分布参数为模糊数，根据模糊集合 分解定理，建立基于β-截集变量的性能分布模型，给出了部件模糊状态 性能区间的定义和状态模糊概率的计算方法。对传统的通用生成函数方法进行改进，定义了 α-截集通用生成函数及其运算法则。提出了考虑认知不确定的多态系统 模糊可靠性评估方法，并以仿真实例进行验证说明。该方法不仅克服了性能分布信息缺少， 无法准确地建立状态信息分析模型的不足，且方法简单、思路清晰，具有强通用性和工程应 用性。     

扑旋翼飞行器气动特性分析及机翼拓扑优化设计

建立微型扑旋翼飞行器运动学模型,基于面元法研究低雷诺数下非定常场中扑旋翼飞行器的气动特性,得到机翼气动特性和一个工作周期内的最大气动载荷。建立扑旋翼飞行器机翼有限元模型,基于变密度法和独立连续映射法(Independent continuous mapping,ICM)对机翼进行静力学和动力学拓扑优化设计,通过改变机翼拓扑结构优化机翼模态频率,得到同时满足结构静力学和动力学要求的扑旋翼飞行器机翼拓扑结构。本文为扑旋翼飞行器机翼结构优化设计提供了基本思路和研究基础。     

三维物体绕流数值模拟中薄层模型的应用

介绍用于近似计算绕三维尖体无粘流激波薄层的二层模型。本法以数值确定激波的位置，在计算不同结构形状物体的空气动力特性时能确定气体动力载荷的近似值。采用这种方法实际上排除了超高速理论中其他已知方法对尖体几何形状所加的约束。与通常的空气动力特性曲线相结合，此法可获得在设计和非设计飞行状态下飞行器整个系统的近似绕流流场，且可优化其空气动力结构。     

水下附加质量及阻尼的试验研究

潜射导弹在出水过程会承受由于空泡溃灭带来的脉动压力,这种脉动压力会引起弹体结构较大的动态响应和动态载荷,弹体结构在水下的模态特性和阻尼特性直接影响出水动载荷和动响应的大小。基于动力学相似模型,采用释放法分别开展了柱体结构在空气中及在水中的模态试验,采用Hilbert变换在时域中对振动衰减信号进行处理,给出了速度加权的平均频率和平均阻尼比。通过干、湿模态参数的比较和分析,获得了水对结构运动的影响参数,水中一阶弯曲振动的阻尼比约为3%,附加质量系数约0.5,刚体运动的附加质量系数约为1,试验研究结果可用于结构响应的分析和计算。     

结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性分析

为了有效地处理结构系统的混合可靠性问题,基于模糊随机可靠性模型及非概率集合可靠性模型,本文建立了结构概率模糊非概率混合可靠性模型.该模型认为结构的极限状态方程所涉及的变量中,既有模糊随机变量,又有区间变量.通过非概率集合可靠度的建立及模糊随机可靠度分析,定义了结构的混合可靠度.进一步借鉴随机结构系统可靠性分析中的增量载荷法,对结构系统概率模糊非概率混合可靠性进行了分析.最后,通过两个典型算例证明了所提出模型的有效性和实用性.     

飞行器飞行姿态不确定性传播分析

飞行器的飞行状态会受到诸多不确定因素的影响。例如飞行时的外部环境参数，制造时的容许公差和加工误差等不确定性变量会使飞行中的姿态控制产生偏差，导致飞行任务失败，甚至引发灾难性的后果。为此，本文提出了一种基于最优混沌多项式展开的不确定性传播分析方法，有效突破了高维不确定性传播分析面临的变量分布任意以及大规模计算等瓶颈问题。本文提出的传播分析方法，统一度量了高维设计变量中的不确定性，量化分析复杂不确定性对马赫数、动压、轴向过载系数及合成攻角等飞行姿态参数的影响，进而为飞行姿控及后续结构优化设计提供有效依据。     

不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪

研究了一类具有参数不确定性和外界干扰的仿射非线性系统鲁棒输出跟踪控制问题。首先利用微分几何理论中的输入输出反馈线性化技术钭不确定线性系统通过一非线性状态变换化为线性化规范形，然后利用变结构控制的思想提出了一种基于标称系统和不确定性范数界的鲁棒输出跟踪控制器设计方案，并用李雅普诺夫稳定性理论证明了利用本文设计的跟踪控制器可保证闭环系统是有界稳定的，且稳态输出跟踪误差为零。由于所设计的跟踪控制律连续，克服了常规变结构控制方案可能引起的高频抖振现象。将本文结论应用于一空间飞行器的姿态跟踪控制问题，仿结果表明了该设计方法的有效性。     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题，提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值，再使用数值迭代算法对其进行修正计算，仿真结果表明，该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散，得到收敛的识别结果。针对上述算法，本文以多输入多输出简支梁为模型，分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示，参数的选择对算法的效率和精度影响很大，不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散，所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

具有复合非线性特征不确定系统的自适应反推控制（英文）

针对一类具有复合非线性特征的不确定系统,提出了一种自适应反推多滑模近似变结构控制方案。基于模型分解的方法建立了具有复合非线性特征的执行器模型。论文设计径向基函数神经网络近似系统的未建模项,借鉴Nussbaum增益设计技术解决控制增益未知的问题,使用自适应律估计不确定干扰和神经网络近似误差的上边界。自适应近似变结构控制能够有效削弱控制信号的抖振,同时增强控制器的鲁棒性。基于Lyapunov稳定性理论,证明了整个控制系统的稳定性。该控制方案的主要创新点在于考虑并解决了不确定系统具有复合非线性特征的控制问题。最后,仿真结果证明了控制方案的有效性。     

基于多项式的多不确定参数控制律稳定性评估

基于多项式理论,研究了鲁棒D域稳定和评估空间自适应网格划分方法。在传统只分析单个不确定性参数对动态系统稳定性影响的基础上,实现了多个不确定参数同时摄动对系统稳定性的评估。基于该方法,以一种轴对称飞行器为研究对象,完成了在多种参数组合摄动下的纵向控制律稳定性评估,评估结果直观精确的显示了该飞行器纵向稳定和不稳定区域。     

基于随机有限元法空间梁板结构系统可靠性分析

飞行器工作环境复杂，影响其结构安全的不确定因素很多，并且结构失效会造成巨大的经济损失，甚至危及生命，所以对其进行结构可靠性分析是非常必要的。为了使可靠性指标计算简化，现有文献主要采用杆板结构来模拟飞行器的空间结构，并且主要基于有限元来求可靠性指标。本文采用空间梁元与加筋板格元（SP）来模拟其三维空间结构，模型更符合实际模型。同时考虑材料的强度、梁元件截面积、板元件厚度和外载荷均为随机变量，采用随机有限元法分析了随机变量对结构节点位移的影响，并应用可靠性基本理论对该结构系统进行结构可靠性分析。最后编制了相应的软件，计算了两个算例，结果证明该方法对飞行器结构可靠性分析具有重要的作用。     

飞行器结构振动研究的有关问题

本文首先介绍了飞行器振动研究方面的发展趋势。过去飞行器结构动力学主要研究弹性飞机在外载荷(力、运动)作用下的结构动力特性和响应。随着航空科学技术的发展,引进了飞行器结构变形对气动力的影响,发展成为气动弹性力学。现在又引进自动控制技术,不仅考虑了结构变形与空气动力的耦合,而且考虑结构系统与控制系统的耦合,发展成为受控气动弹性力学,或受控结构动力学。接着介绍了开环飞机结构动力学的研究内容,包括正问题、逆问题两大类。把已知输入(力、运动)加到已经估算出来的数学模型(如通过有限元素法求得)上,求得所需要的输出,叫做正问题。逆问题之一叫模态识别(或参数识别),即把已知输入加到飞行器上,通过实验测得输出,从而求出数学模型。另一是载荷识别,即根据算出或识别出来的数学模型,和在实际工作情况下测得的输出来确定输入。 本文最后在强调研究飞行器振动问题重要性的基础上,对振动环境问题的研究途径和方法提出了建议与看法。     

代理模型在空间碎片碰撞概率分析中的应用

利用代理模型来高效计算空间目标之间的碰撞概率。碰撞概率计算的经典方法包括蒙特卡洛（Monte Carlo，MC）方法，以及基于速度线性化、位置误差服从高斯分布等假设，在相遇平面上对碰撞概率密度函数（高斯型）进行积分的方法。相较于MC方法要处理原轨道模型由大量重复仿真带来的计算量增长，代理模型针对输入变量的先验分布设计得到相应数学模型，不仅大大降低了单次仿真的计算时间，还减少了计算概率所需的仿真数量。代理模型去除了线性化假设等限制条件，对于碰撞概率密度函数可能呈现出的非高斯型特征也有很好的统计解释，其适用范围更广。本文结果表明，代理模型方法能够在大幅降低计算量的同时，保证对碰撞概率的估计较为准确。     

导弹模型水下发射动响应测试研究

本文考虑导弹水下发射的力学环境条件，给出了导弹模型水下点火动响应测试试验原理与实现方法。并基于某导弹比模型进行了实际测试，取得了导弹模型水下发射时发动机推力以及相应的结构壳体应变量等参数。结果对一类潜射导弹结构强度总体设计有指导意义。     

带有连接结构的导弹动特性试验研究方法

导弹的头体连接对导弹的整体结构动力学特性会产生很大的影响,这种结构会呈现较强的非线性特征,其动特性参数会随着外界载荷和振动量级的变化而变化,而该参数又是飞行稳定控制系统设计的重要依据。因此,为了考察和评定带有间隙结构的导弹动特性参数随载荷和振动量级变化的情况,本文阐述了一种不同于以往导弹全弹结构动特性试验的新的试验思路-加载试验方法和变量级试验方法,针对一个具体的导弹型号,给出了典型载荷的加载实现方式,最后还给出了试验结果并对结果进行了原理性的解释。通过本文的研究表明,本文提出的试验方法在今后的导弹型号研制当中是十分必要和可行的。该方法也可推广到其他类似的民用结构的应用当中。     

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