工业4.0语义下智能焊接技术发展综述

工业4.0的提出为制造业的发展注入新的活力,并引发全球制造业智能化、信息化、网络化升级.在基于信息物理系统(CPSs)智能制造的发展热潮下,智能焊接技术是当前热点问题.介绍了信息物理系统、工业产业链等相关概念,解释了基于制造业产业链的“工业4.0”的内涵.以历次工业革命为背景,阐明了焊接技术的发展脉络.通过对信息物理系统架构的分析,提出了智能焊接技术在各个层次中的关键技术,并对该领域的发展趋势进行了展望,对智能焊接更好的发展具有指导意义.     

涡轮叶片多重精度MDO方法

考虑到多学科优化设计(multidisciplinary design optimization,MDO)的效率和精度,充分发挥当前涡轮叶片各种精度分析方法的优势,提出了涡轮叶片的多重精度多学科优化设计策略.利用协同优化策略在学科解耦和协调方面的能力,引入包括流固紧密耦合分析、流固热松散耦合分析和近似方程在内的涡轮叶片设计中的多种精度模型,结合两点式标度函数和优化过程阶段性收敛后更新,改进可变复杂度建模方法处理多重精度模型的能力,研究结果表明:仅调用9次高精度流固耦合分析就能确保涡轮带冠叶片多学科优化设计的效率和精度.      

电机智能制造信息化平台

通过对电机制造工艺的分析,以及实地调研电机生产企业运行现状的基础上,针对电机制造工艺复杂、人工依赖大等特点提出了一种电机智能制造信息化平台建设方案。就整体信息系统提出了基于电机行业的工厂模型建立以及系统集成的建议,为电机行业建设智能制造工厂、优化生产管理提供参考。     

涡轮叶片的多学科设计优化系统

建立了一个全三维涡轮叶片的一体化多学科设计优化系统, 并对某叶片进行涉及五学科的设计优化分析.在此优化系统中, 采用5次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模, 单元线性插值法完成学科间载荷信息的传递, 多岛遗传算法及二次序列规划法联合进行整个优化问题的寻优.实例分析结果表明, 一体化优化使涡轮叶片性能得到明显提高, 所建系统稳定、高效, 具有应用于工程实践的可行性及可靠性.      

基于熵产最小曲线型散热器参数优化设计

基于参数化设计和模拟方法,采用VB开发了放射状散热器参数化设计模拟软件,可自动生成高质量的六面体网格和进行数值计算.利用该软件快速对风扇散热器组件的结构参数进行性能分析和讨论,加深了对风扇散热器组件各主要参数在散热器整体性能中影响程度的认识.采用并行计算流体力学方法,基于组合优化策略以熵产最小为目标函数对多参数结构风扇散热器组件进行优化,曲线型散热器优化结果比初步设计方案的性能提高了7%.      

Kriging模型及代理优化算法研究进展

代理模型方法由于能显著提高工程优化设计问题的效率,在航空航天及其他领域得到了广泛重视,并逐渐发展成为一类优化算法,本文称其为代理优化（SBO）算法。在现有的代理模型方法中,如多项式响应面、径向基函数、神经网络、支持向量回归、多变量插值/回归、多项式混沌展开等,源于地质统计学的Kriging模型具有代表性,是一种非常具有应用潜力的代理模型方法。以飞行器设计领域的优化问题为背景,介绍了Kriging代理模型及应用于优化设计的理论和算法的最新研究进展。首先,概述了Kriging模型的基本理论和算法,并讨论了影响Kriging模型鲁棒性和效率的几个关键性问题。其次,回顾了Kriging模型理论和算法研究的3个最新研究进展,包括梯度增强型Kriging、CoKriging和分层Kriging模型。而后,分析提炼了基于Kriging模型的代理优化算法的优化机制和优化框架,给出了“优化加点准则”和“子优化”的概念,并介绍了目前常用的几种优化加点准则及其相应子优化问题的求解与约束处理;同时,还介绍了最新提出的局部EI加点准则以及代理优化的终止条件。最后,介绍了代理优化在标准测试函数算例验证、飞行器气动与多学科优化设计典型算例确认方面的研究进展,并对当前存在的一些关键科学问题以及未来研究方向进行了讨论。     

基于全局敏度方程方法的飞机方案优化设计

针对飞机方案分析模块之间存在耦合关系,从而使方案分析需要迭代求解这一特点,采用全局敏度方程方法计算参数之间的敏度,以克服差分方法所带来的高费用和不精确问题。该方法本身具有递归和并行特点,使得其与数值优化方法结合起来特别适合于像飞机这类复杂的内部耦合系统的优化。给出了该方法与约束变尺度法结合,用于某假想的喷气教练机方案优化的简单算例以及用于某4座公务机方案优化的实例。     

自由网格变形技术在涡轮叶片多学科设计优化过程中的应用

在涡轮叶片多学科设计优化过程中,结构计算的变形向气动模型传递是解决气固耦合时非常重要的一个环节。本文研究了一种网格变形技术———自由网格变形法(FFD)在涡轮叶片多学科设计优化(MDO)过程中的应用。通过涡轮叶片结构模型至气动模型变形传递的例子,表明应用该技术进行变形传递可以避免结构变形向气动网格传递时的气动网格重生成过程,在保证变形后气动模型网格质量的条件下,实现学科间的变形传递,可直接用于解决涡轮叶片MDO过程中学科间解耦的问题。     

脉冲微孔喷射技术及其在增材制造方面的应用

介绍了用于制造单分散球形微米级粒子的脉冲微孔喷射技术.根据微滴制备原理,可将其分为适用于低熔点材料的压片式喷射装置及适用于高熔点材料的传动杆式喷射装置,分别阐述了两种方式的脉冲微孔喷射技术的喷射原理、相关特点以及该技术的发展和研究现状.目前,采用脉冲微孔喷射技术已成功制备出金属、半导体及生体材料单分散微粒子,具有粒径均一、圆球度高等优势.通过与其他微米级粒子制备技术,如均匀液滴喷射法、气动式按需喷射法及雾化法相比较,在诸多方面显示出脉冲微孔喷射法的独特优点.与此同时,分别讨论了脉冲微孔喷射技术在增材制造方面的潜在应用,可直接使用微米级粒子作为增材制造用粉体以及液滴沉积成型.鉴于脉冲微孔喷射技术的独特性,可以预见随着研究的不断深入,脉冲微孔喷射技术将在增材制造方面具有更加广阔的发展空间和应用前景.     

提高航空发动机性能的弯扭导向器技术

给出了采用弯扭导向器提高发动机性能的设计原则：在全三维弯扭设计时,必须在保证涡轮前总温、总压和燃气流量的前提下,合理调整尾喷管面积,提高涡轮后背压,保证在设计转速下涡轮输出功与原型涡轮级相同,从而保证了压气机的设计点和喘振裕度,同时提高了发动机推力、降低油耗。     

基于iSIGHT的大膨胀比5.0级向心涡轮多目标优化与分析

针对轻量化、紧凑化、高效化的向心叶轮设计需求,对5.0大膨胀比向心涡轮进行三维多目标优化。首先,基于iSIGHT,集成Numeca,CFX软件及自编程序,搭建了三维气动优化集成系统,实现向心涡轮流道、叶片的参数化、网格划分、数值计算及三维结果的自动处理与优化,且其所需的存储空间仅为原优化系统的2.4%,极大地降低了对计算机存储空间的要求;其次,针对向心叶轮造型参数众多所导致的优化规模巨大问题,采用试验设计方法（DOE）详细地开展了流道、叶片的控制参数对涡轮性能的影响研究,得到造型参数对涡轮效率的贡献度,继而给出了优化变量的选取依据,从102个造型参数中选取23个作为优化变量,减少了优化的盲目性,缩短了优化时长,极大地减轻了工作量,提高了优化效率;最后,考虑涡轮性能、排气损失以及叶轮轻量紧凑化的需求,以涡轮总对静效率η_ts,级出口气流角α₆及叶片的表面积A作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化并探讨相应机理。优化后,叶轮的轴向长度缩短了8.09%,叶片的表面积减小了8.46%,有效降低了叶轮的尺寸及重量;在保持涡轮进口流函数和膨胀比基本不变的情况下,设计点涡轮总对静效率提高了0.1%,级出口绝对气流角仅降低1°,且不同转速下涡轮的性能基本保持不变。以上研究表明,该三维优化系统和多目标优化方法的有效性。     

倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科优化设计研究

采用了多学科设计优化方法, 根据涡流理论建立了倾转旋翼桨叶空气动力学分析模型, 利用CATIA, ANSYS和ADAMS等软件分析倾转旋翼桨叶结构动力学特性, 采用iSIGHT多学科设计优化软件集成空气动力学和结构动力学分析模型, 建立起倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科设计优化系统, 进行多学科设计优化研究.并以倾转旋翼机XV-15的桨叶为算例, 进行设计优化, 结果表明提出的倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科设计优化方法是可行和有效的.      

大型客机气动设计综述

随着对现代飞行器性能需求的不断提高,面向工程应用的先进气动外形设计方法要求能兼顾多学科高性能和稳健性,以突破传统设计方法设计的外形稳健性差、难以实现工程应用的难题。针对这一问题,飞行器气动稳健优化设计方法脱颖而出并取得了快速发展,多种高效实用的不确定量化和稳健优化方法被相继提出,成为了满足工程型号气动外形设计要求最有力的手段之一。本文以建立工程实用的高效气动稳健优化设计方法为需求,综述了飞行器气动稳健优化设计相关理论和方法的最新研究进展。首先,系统介绍了飞行器气动稳健优化设计方法的研究现状和最新进展,对不确定建模、不确定量化和稳健优化等关键技术的发展现状进行了详细介绍和讨论;然后,结合当前最受关注的工程应用问题,陈述和讨论了气动稳健优化设计方法在跨声速翼型/机翼、自然层流外形、叶栅/旋翼外形3类典型复杂气动设计问题中的应用效果和进展,同时结合多学科分析与优化设计需要,调研了气动/隐身/声爆/结构多学科稳健优化设计在工程设计问题中的最新进展和发展方向;最后,结合文献综述,讨论了飞行器气动稳健优化设计理论和方法在发展和应用上面临的难题和挑战,并展望了未来研究方向。

     

冲压发动机导弹爬升段和巡航段轨迹优化

为了研究冲压发动机导弹爬升段和高空巡航段的燃油最优弹道,提高射程,提出了较为通用的一体化优化设计方法。研究了冲压发动机、导弹气动力与弹道之间的耦合特性,建立了导弹动力学模型,将弹道的最优控制问题转化为参数优化问题。为求解该参数优化问题,针对传统粒子群(PSO)算法求解优化问题时存在的早熟收敛的不足,提出了一种算法结构,改善粒子群算法的性能,求其最优解。数值结果表明:改进的算法相对其他几种粒子群算法具备更优秀的性能。所优化弹道相比导弹试验数据,以飞行时间增加3.3%为代价,节约了4.46%燃油。多组高弹道的仿真结果表明,巡航高度应不超过动压边界前提下,高弹道巡航有利于节约燃油,增加导弹射程。     

飞行器多学科综合设计新算法

 为解决飞行器多学科设计优化难点问题,提出圆环图网络设计安排、主要设计变量确定方法、三次黄金分割法确定正交设计水平以及无量纲化多目标处理法,并将正交迭代和神经网络计算相结合以形成一种新算法,来寻求最优解。算例表明算法在飞行器设计中有效。     

模块化可重构无人机机翼结构优化方法研究

模块化可重构无人机设计工况复杂、约束多样,需要根据不同设计思想的特点研究适用的优化方法才能得到最优方案。本文开展针对多模型的同步优化方法研究,给出不同构型机翼翼根弯矩约束方法,提出多构型机翼结构前后梁弯矩比例约束下的同步优化技术,并以某模块化可重构无人机机翼为对象进行应用验证。结果表明：与文献中模块化机翼优化结果相比,本文多构型机翼结构同步优化方法在解决整机翼更换的模块化可重构机翼结构优化问题时具有很高的适用性和收敛性,以及广阔的工程推广价值。