基于结构拓扑优化的惯组基座轻量化设计

拓扑优化是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法,既可以用于全新产品的概念设计,也可用于已有产品的设计改进。在设计接口框架下,以惯组基座的初始结构为基础,实施以频率为约束条件的拓扑优化分析;参考优化后的最优拓扑并结合工艺要求,确定惯组基座设计方案并进行验算,实现惯组基座的轻量化设计。     

小卫星一体化星敏支架拓扑优化

针对小卫星薄壁式铸钛一体化星敏支架减重需求,采用拓扑优化方法设计了一种面向3D打印制造的一体化星敏支架,拓扑优化计算时以刚度不低于200 Hz和重量最小化为目标得到了材料分布模型,采用形状优化和形貌优化等手段对材料分布模型进行光顺处理得到了拓扑优化设计后一体化星敏支架。经有限元分析,星敏支架刚度和强度满足要求。选择Ti6Al4V（TC4）激光选区熔化成型工艺加工了样机,验证了拓扑优化的星敏支架的可制造性。拓扑优化的一体化星敏支架重量相比薄壁式结构铸钛一体化星敏支架减重达80%。     

稳压器安装支架动态特性分析

为了研究稳压器安装支架定频振动激励下的动态响应特性,以某型号稳压器振动试验用安装支架为研究对象,建立了支架及稳压器的有限元分析模型,通过模态分析获得了结构前六阶的固有频率及振型,对稳压器定频振动试验过程中支架的动态响应进行了分析。结果表明,低频基础激励时支架存在一定放大作用,而高频基础激励时支架能够起到一定的减振效果,试验验证表明有限元仿真结果与试验结果吻合较好。为阀门支架设计及振动环境下工装动态特性仿真提供参考。     

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。     

电力作动系统容错电机拓扑结构与控制策略

容错电机以其可靠性高、容错能力强以及恶劣环境工作能力强等优点得到了国内外电机领域广泛关注,其工作原理、拓扑结构、电磁性能和控制策略等已有广泛而深入的研究,研究结果表明该类电机非常适合应用于全电/多电飞机电力作动系统。本文从拓扑结构和控制算法两大方面对电力作动系统用容错电机的关键技术进行分析和总结。在拓扑结构方面,横向比较了每种原型电机引入容错设计后对原有电磁性能的影响,纵向归纳了电机容错设计的通用设计方法和一般规律。在控制策略方面,分析了基于电流矢量重构技术和基于电压矢量重构技术两大类方法的内在联系与优缺点,提出了提高转速动态的容错电机转矩冲量平衡控制,并对代表性拓扑结构和容错算法进行了仿真和实验比较。最后展望了容错电机的研究前景与应用拓展。     

基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

加筋板自由阻尼铺层的拓扑优化研究

为提高铺设自由阻尼层的加筋板结构的减振降噪性能,以阻尼层厚度为设计变量,结构模态损耗因子最大为目标,阻尼材料用量为约束对阻尼材料分布进行了拓扑优化。推导了模态损耗因子对阻尼层厚度的灵敏度,在此基础上使用移动渐近线(MMA)算法对优化问题进行求解。并探讨了阻尼材料的弹性模量,损耗因子和加强筋截面尺寸对拓扑优化结果的影响。     

基于增材制造液压阀块及其内部流道优化设计（英文）

液压阀块是液压系统中重要的组成部分,传统液压阀块采用车铣、钻、镗的方式制造,导致其内部流道有较多直角弯和工艺孔封闭容腔结构,严重影响油液流动性能。基于增材制造技术所提供的新型设计空间,采用B样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计,并对液压流道进行了计算流体动力学分析,以确定压降最小的最优流道结构。通过对液压阀块拓扑优化进行减重,根据拓扑优化结果,采用选区激光熔融的方式,完成了液压阀块的打印。相比原始液压流道,经过优化后的液压流道的压力损失减少31.4%;与原始阀块相比经过拓扑优化并通过SLM制造的液压阀块减重33.9%。因此本文采用的流道优化和阀块轻量化方法为液压阀块内部流道性能提升和阀块整体轻量化设计提供了新的参考。     

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。     

飞机设计的“原准法”与“综合法”

本文分析了飞机设计中的继承与发展、型号的渐变与突变等问题,从而论证“原准法”主要用于已有型号的改进、改型与系列化发展,超越这种用途的应用如仿制等,有历史条件的局限性。本文论证了正确的飞机设计方法应为“综合法”,以满足需要、博采众长、创新开拓、优化匹配为原则.     

基于分级优化的飞机翼面结构布局综合技术研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题．并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法,本文采用分级优化与集成的策略,该策略分为三个层次。第一个层次为拓扑优化,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局;第二个层次为尺寸优化,它用来确定翼面的中间参数;第三个层次为稳定性准则优化,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的三个层次中,拓扑优化是独立的,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的,并且具有很好的数值效果。作者认为：它对从事飞机结构设计的人员有一定的指导性和参考价值,值得在飞机设计部门推广应用。最后,总结给出五点结论供参考。     

基于遗传算法的连续结构拓扑优化分析

结构拓扑优化设计是结构初始方案设计的重要方法。采用遗传算法，用染色体基因映射结构离散化后的单元体，通过改变基因代码实现连续结构的拓扑。在优化过程中，利用遗传算法的全局收敛性等特点进行结构优化．通过有限元技术对结构进行建模和分析。为了消除结构拓扑优化分析中的铰接和棋盘格现象，提高优化分析效率．改善优化分析结果．在结构拓扑优化分析中引入了结构约束的概念和渐进结构优化的思想。算例分析表明．本文提出的方法是合理、有效的。     

GFRP风机叶片结构设计的二级优化方法

通过对风机叶片结构特性的分析,以叶片腹板位置和蒙皮铺层厚度为设计变量,发展了一种二级优化设计方法。首先建立腹板位置参数的代理模型,根据所建的代理模型以质量最轻为目标进行系统级优化求解出腹板位置,然后将结果传给子系统级,子系统级采取分步优化策略求解叶片铺层厚度。当两级优化结果收敛时得到叶片最佳设计。经算例验证,采用这种二级优化方法,可得到较为理想的叶片结构设计结果。     

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。     

涡轮基组合循环发动机分布式控制系统通信网络混合拓扑结构优化方法

涡轮机组合循环(Turbine based combined cycle,TBCC)发动机控制系统通信网络拓扑结构是其分布式控制系统方案设计的重要部分,优化网络拓扑结构可提高发动机推重比和控制系统可靠性。本文基于智能优化算法提出TBCC分布式控制系统网络拓扑结构优化方法。基于图论建立TBCC几何模型和网格模型,以重量和可靠性为优化性能指标,同时考虑发动机表面高温区域以及控制节点的工作可靠性,分别采用粒子群算法和遗传算法优化星形结构中智能中央节点位置、中央节点的环形拓扑结构,获得星形-环形混合拓扑结构。仿真实例表明,基于本文方法优化所得的混合拓扑结构相较于星形集中式控制结构,系统重量降低了51.9%。     

一种新颖的模糊控制算法研究

提出了一种结构新颖的模糊控制算法。通过对控制律的参数寻优和调整，实现了二级倒立摆的稳定控制，由于本文采用了连续性模糊控制算法，从而使解析描述的模糊控制规则可以不受模糊变量论域量化等级的限制，因素消除了一般模糊控制算法所特有的稳态误差，仿真也证明了本文提出的模糊控制算法具有较好的控制效果。