Alternative statements of optimal load-bearing structure design problems

We analyze the well-known statements of optimal design problems for load-bearing maximum rigidity structures in which a principle of the minimum of total potential energy of structure deformation is used. A version of the generalized statement of optimization problems for processes described by linear equations with a symmetric operator is proposed. On the basis of the version outlined, we present a mathematical algorithm for obtaining beam structures of maximum rigidity, in which the finite element method is used to solve an analytical problem. We give the numerical results of solving two problems of optimal design of maximum rigidity structures that are simulated by cantilever and statically indeterminate beams.     

液压系统数学模型的辨识

系统辨识是获得液压系统数学模型的最有效方法之一。本文研究了液压系统数学模型辨识的实验设计技术、介绍了自行开发的辨识软件的原理与功能,并给出了对液压转台进行辨识的结果。     

简谐力激励下多组件结构系统的整体优化设计

多组件结构系统整体优化设计通过协同优化支撑结构拓扑构型和组件布局来使结构系统的位移响应最小。本文提出通过模态加速度法（MAM）求解多组件结构系统的位移响应,并以位移响应值最小作为优化目标;引入多点约束（MPC）方法模拟组件与设计域间的铆钉或螺栓连接形式;采用有限包络圆法（FCM）来避免组件之间及组件与设计域边界产生干涉。建立了多组件结构系统整体优化问题的数学模型,并对动响应目标函数关于设计变量的灵敏度进行了推导。最后,通过几个算例验证了整体优化方法在简谐力激励下求解问题的可行性及其在实际问题中的有效性。     

Flight dynamics modeling of a small ducted fan aerial vehicle based on parameter identifcation

This paper presents a simple and useful modeling method to acquire a dynamics model of an aerial vehicle containing unknown parameters using mechanism modeling,and then to design different identifcation experiments to identify the parameters based on the sources and features of its unknown parameters.Based on the mathematical model of the aerial vehicle acquired by modeling and identifcation,a design for the structural parameters of the attitude control system is carried out,and the results of the attitude control flaps are verifed by simulation experiments and flight tests of the aerial vehicle.Results of the mathematical simulation and flight tests show that the mathematical model acquired using parameter identifcation is comparatively accurate and of clear mechanics,and can be used as the reference and basis for the structural design.     

YIDOYU及其在飞机设计中的应用

 本文介绍了飞机结构多约束优化设计系统(YIDOYU)的主要功能、特点和程序组织概貌,并着重介绍了系统的应用情况。实例应用结果表明YIDOYU是一个实用的优化设计系统,显示了其解决不同结构优化设计问题的能力和效率。     

考虑复合材料蒙皮稳定性的飞机翼面结构布局优化设计

 复合材料蒙皮稳定性是飞机翼面结构设计需要考虑的重要方面。由于翼面结构稳定性理论分析的复杂性,工程中,通常采用与理论分析相比拟的简化方法、使用简便可靠的经验公式在设计过程中进行稳定性校核。多墙式结构是当前翼面结构中普遍采用的结构形式,墙的布局和蒙皮的厚度对复合材料蒙皮的临界屈曲载荷有着重要影响。因此,针对多墙式翼面结构,以工程经验公式为基础,以蒙皮单位长度上的的重量为优化目标,以墙的布局参数和蒙皮厚度为设计变量,以临界失稳载荷为约束,建立了一种考虑复合材料蒙皮稳定性的翼面结构布局优化问题的数学模型,导出了目标函数敏度计算的解析式,并提出了优化问题的求解方法。以翼盒结构为例,验证了该方法的有效性。     

流体拓扑优化方法及其在叶轮机械中的应用

相比于结构拓扑优化,流体拓扑优化的发展较为滞后。为了促进流体拓扑优化在叶轮机械领域的应用,根据公开资料中的研究成果,首先介绍了该方法的理论基础,包括优化问题数学模型、流动控制方程及求解方法、灵敏度分析技术、优化不稳定问题的预防措施及几何重构方法。然后总结归纳了流体拓扑优化在叶轮机械气动热力学领域的研究现状,通过对涡轮叶片内部冷却结构、涡轮叶片叶顶结构以及离心压气机弯道设计的描述,指出该方法的技术优势。研究表明,相比于传统形状和尺寸优化方法,拓扑优化具有更高的设计自由度,且突破了结构参数化的限制,有助于挖掘具有优良性能的新型结构。最后,对流体拓扑优化方法在未来叶轮机械设计中的发展进行了展望。     

PARAMETER IDENTIFICATION METHOD OF NONLINEAR JOINTS

Ｉｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓ（ｊｏｉｎｔｓ）ｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｏｖｅｒａｌｄｙ－ｎａ...     

A new system identification technique for harmonic decomposition

An extended and unifying system identification technique is presented for a class of systems that include all main signal models that arise in the harmonic decomposition problem. This technique unifies and extends the previously developed system identification techniques which are improvements on the Pisarenko harmonic decomposition (or, its spatial dual, MUSIC) as they arise in arrays of sensors. The advantages of the technique and some of its specializations include having no assumptions of stationarity on the stochastic processes involved. Another contribution of this technique is that it can also be used without any resort to probability theoretic concepts, thus bypassing the approximation of autocorrelations via time averages, yielding the system parameters exactly. This technique can be utilized to determine the dominant modes of vibrations of flexible structures as well. An analogy is established between arrays of sensors for target signal returns and those that can be used for vibrations in flexible structures. This enables the results developed for each one of these problems to be applied to the other     

高速飞行器翼面结构热振动试验的TARMA模型方法

高速飞行器翼面结构的热振动试验研究对这类飞行器的设计和安全飞行具有重要的意义。采用时变自回归滑动平均(TARMA)模型方法建立了受热时变结构系统模态频率辨识的数学模型,并用一个数值算例进行了验证。将地面振动测试系统与瞬态热环境模拟系统相结合,设计了翼面结构热振动试验系统并模拟结构的瞬态温度场,同时对纯随机激振力激励下受热时变结构系统的振动位移信号进行测量,并用TARMA模型对时变固有频率进行了辨识,获得了前4阶固有频率随加热时间的变化规律,并将辨识结果与数值计算结果进行了比较,两者误差在5%以内。另外,在稳态均匀热环境下辨识得到的结构系统固有频率变化与数值计算结果也吻合得很好。通过将均匀温度场与瞬态温度场下的结果进行对比分析,指出了瞬态热环境下时变结构的固有频率随加热时间变化的趋势主要由结构材料属性的退化和结构内部不均匀热应力的影响共同决定。     

工程化复合材料结构优化设计方法

复合材料结构的可设计性带来大量设计变量,单靠传统方法难以实现结构优化,复合材料结构优化的铺层优化设计也是关键问题之一。从工程实际出发,探讨具有工程操作性的复合材料结构优化设计方法,形成 从结构布置优化到初始尺寸优化,再到详细铺层优化的三级优化设计方法,并在设计过程中加入符合复合材料 工艺要求的制造性约束;以某飞机复合材料垂尾翼盒结构设计为例,采用该方法对其进行优化设计。结果表明:本文提出的三级优化设计方法是适用于航空复合材料结构优化设计的一种通用方法,可降低结构质量、缩短研制周期。     

激光超声技术在复合材料检测中的应用

激光超声检测技术采用脉冲激光照射的手段激励结构中的Lamb波,可以实现远距离、非接触式的Lamb波传播波场数据测量。针对复合材料在航空领域应用中所面临的安全和可靠性能评估问题,南京航空航天大学开展了基于激光超声技术的复合材料检测研究。采用信号处理方法提取了Lamb波传播特征参数,进行了复合材料的损伤成像、刚度参数识别和疲劳特性评估,取得了理论和试验验证上的进展,为航空领域的复合材料无损检测技术提供了新方法。     

Boundary condition modelling and identification for cantilever-like structures using natural frequencies

The actual boundary conditions of cantilever-like structures might be non-ideally clamped in engineering practice, and they can also vary with time due to damage or aging. Precise modelling of boundary conditions, in which both the boundary stiffness and the boundary mass should be modelled correctly, might be one of the most significant aspects in dynamic analysis and testing for such structures. However, only the boundary stiffness was considered in the most existing methods. In this paper, a boundary condition modelling and identification method for cantilever-like structures is proposed to precisely model both the boundary stiffness and the boundary mass using sensitivity analysis of natural frequencies. The boundary conditions of a cantilever-like structure can be parameterized by constant mass, constant rotational inertia,constant translational stiffness, and constant rotational stiffness. The relationship between natural frequencies and boundary parameters is deduced according to the vibration equation for the lateral vibration of a non-uniform beam. Then, an iterative identification formulation is established using the sensitivity analysis of natural frequencies with respect to the boundary parameters. The regularization technique is also used to solve the potential ill-posed problem in the identification procedure.Numerical simulations and experiments are performed to validate the feasibility and accuracy of the proposed method. Results show that the proposed method can be utilized to precisely model the boundary parameters of a cantilever-like structure.     

拓扑优化与增材制造结合:一种设计与制造一体化方法

被誉为"第三次工业革命"的增材制造技术通过材料层层累加的方式实现结构的制备,这种独特的制造方式实现了高度复杂结构的自由"生长"成形,极大地拓宽了设计"空间",为新型结构及材料的制备提供了强大的工具。制造工艺的飞速发展往往需要设计技术的快速跟进,拓扑优化方法因其不依赖初始构型及工程师经验,可获得完全意想不到的创新构型,已成为结构创新设计的重要工具。因此,将拓扑优化(先进设计技术)与增材制造(先进制造技术)融合,发展面向增材制造的创新设计技术具有广阔的前景。从面向增材制造的优质结构构型设计以及考虑增材制造工艺约束的拓扑优化设计方法两个方面,介绍了现阶段基于拓扑优化方法所建立的结构创新设计理论,并指出未来研究的趋势。     

基于数学规划法的飞机机翼结构分层次优化设计方法研究

在方案设计阶段,为了使机翼结构既满足强度设计要求,又满足刚度设计要求,本文提出了一种基于数学规划法的层次优化方法。首先利用准则法进行结构的满应力设计优化,在此基础上利用数学规划法进行结构的刚度设计(以颤振约束进行优化并进行舵面效率的校核)。文中以某型飞机机翼为例,在多墙、梁式两套方案的结构优化设计上进行了成功应用。     

结合离线知识的时变结构模态参数在线辨识

飞行器的结构模态参数在线获取对其高效、可靠运行具有重要意义。传统时变结构模态参数辨识方法存在辨识虚假结果较多，抵抗测量数据中的极端异常值能力差等问题，难以有效应用于在线过程。建立一种基于长短时记忆网络的时变结构模态参数在线辨识网络模型，通过数据集构建过程离线地引入先验信息，同时结合模型自身特性，有效提升制约在线辨识应用的可靠性。实验结果表明：在不同时变规律下，与传统辨识方法相比，在线辨识模型能有效缓解虚假结果问题，同时保证辨识结果的连续性；采用α稳定分布模型对脉冲噪声进行建模，验证了其在测量数据包含由于偶发因素产生的极端异常值时在线辨识鲁棒性。     

Nonlinear autopilot for high maneuverability of bank-to-turnmissiles

This paper presents a novel approach to autopilot design for highly maneuvering bank-to-turn (BTT) missiles. In the design and performance analysis of the proposed nonlinear autopilot, all nonlinearities of missile dynamics including the coupling between roll, yaw, and pitch channels as well as the asymmetric structure of missile body are taken into full account. It is shown that through a kind of feedback linearization technique along with a singular perturbation-like technique, the input/output (I/O) dynamic characteristics of pitch, yaw, and roll channels are made linear, decoupled, and independent of flight conditions such as air density and missile velocity. In particular, the proposed autopilot controllers can provide excellent set-point tracking performance for roll and pitch channels while keeping the side-slip angle negligible. The generality and practicality of our approach are demonstrated through mathematical analysis and various simulation results using an ILAAT missile     

并行推理技术的研究

提出了一种并行推理问题识别控制的方法,研究了并行推理问题的组织与动态管理模式。建立了一种并行推理机的设计方法及系统结构。     

面向增材制造的拓扑优化技术发展现状与未来

增材制造技术通过材料逐层打印制备结构,为复杂构件制造提供了新的成形方式。拓扑优化因不依赖于初始构型的选择,可设计出传统理念难以获得的创新构型,已成为航空航天和高端装备领域高性能、轻量化结构设计的重要手段。拓扑优化与增材制造有机融合,充分发挥各自优势和潜力,在现代制造业中展现出广阔应用前景。回顾了近年来关于增材制造与拓扑优化技术融合研究的主要内容和应用成果,包括以材料结构一体化为核心的多尺度/多层级结构优化设计、以设计制造一体化为核心的考虑增材制造工艺约束的优化方法等。同时,也分析了未来研究工作中存在的问题与挑战,如点阵结构性能表征及其尺度关联效应、增材制造材料成形各向异性、功能梯度材料与结构、增材制造材料与结构疲劳特性等对设计方法和成形工艺带来的挑战,为未来相关研究工作和航空航天应用提供参考。     

新一代大型客机复合材料

 大量采用复合材料结构是新一代大型客机机体结构设计的突出特点,用量已达结构重量50%。复合材料结构不仅带来了明显的减重效益,而且带来了结构耐腐蚀、疲劳和维护等性能的改善提高。波音787飞机人性化设计的全复合材料机身使乘坐舒适性和便利性得到显著改善。民机复合材料结构技术重点研究解决了复合材料自然环境老化、大型翼面壁板整体成型、机身大开口区载荷重新分布和应力集中、地面维护装备冲击损伤、健康检测等关键技术问题,并且建立了以中模高强碳纤维/韧性环氧树脂复合材料热压罐成形工艺为主的大型客机复合材料结构材料体系。对复合材料机翼和机身结构的设计和工艺关键技术问题做了较为详尽的介绍。