运载火箭惯组基座设计与优化

介绍了一种运载火箭惯组基座的优化设计过程。围绕该惯组基座的设计,在文中,给出了惯组基座等一类关键结构部件的优化设计流程,介绍了综合利用几种有限元分析软件与工程设计有机结合的设计手段,可供相关产品研制时参考。经过拓扑设计、工程设计与刚度分析等几轮工作,本文获得了一种惯组基座设计方案,作为一种新形式的惯组安装方式,可供未来类似结构的设计参考。     

火箭支架的有限元分析与优化设计

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.以某火箭支架为例,进行了有限元仿真分析,并与试验结果进行了对比分析,验证了仿真分析方法的正确性,然后在已有支架的基础上,在设计接口框架下的优化空间内,实施以支架应力水平为约束条件的拓扑优化分析...     

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。     

惯导平台支撑结构的多约束结构动态优化设计

本文运用多约束问题的最优化理论并结合结构设计方法,对三维空间中惯导平台支撑结构的优化问题进行了研究。针对惯导平台的高精度、空间约束特性以及对外界环境噪声敏感的特点,将支撑结构的自然频率范围、结构空间位移以及强度特性作为约束条件对结构的截面尺寸和整体支撑结构的重量进行了优化。优化结果表明采用多约束变量优化设计能够有效发挥材料性能,新的设计方案能够改善惯导平台支撑结构的动力特性、减轻重量以及提高系统可靠性,对惯导平台支撑结构的实际设计有较大参考价值。     

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.     

惯导减振系统结构参数的优化

利用随机振动理论,建立了惯导减振系统的集中参数分析模型。以各元件等效的质量、刚度和阻尼系数作为优化参数,以惯导系统的加速度均方值最小为优化目标,分别从解析与数值途径推导出惯导支架结构参数的优化计算公式,结合Lagrange乘子法和Powell算法对支架结构参数进行数值优化。数值算例说明了方法的正确性,为惯导系统结构减振优化设计提供了新思路。     

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。     

空空导弹动基座低成本传递对准技术研究

针对空空导弹的特点，采用低成本惯性器件实现其动基座对准，文中重点研究了主惯导为平台式的惯导系统，子惯导为捷联式的惯导系统的传递对准原理和精度计算方法；建立了传递对准数学模型，进行了仿真研究；给出了具有实际参考价值的对准方案     

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%。     

不完全概率信息的螺旋管簧的可靠性鲁棒设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术与鲁棒设计方法相结合,讨论了具有不完全概率信息的螺旋管簧的可靠性鲁棒设计问题,提出了可靠性鲁棒设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性鲁棒设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。     

复合材料机翼结构形状/尺寸综合优化设计

提出了一种复合材料机翼结构的形状／尺寸综合优化设计方法,对形状／尺寸综合优化问题进行解耦处理,得到了一种双层循环优化策略。采用均匀设计法给出若干样本点,使用准则优化手段进行尺寸优化设计,构造了形状设计变量与尺寸优化结果之间的二次多项式响应面模型,采用复合形法完成了基于响应面的形状优化设计。最后,对某型大展弦比飞翼结构进行了优化设计。优化算例结果表明,所提方法可行且有效,有较高的优化效率。     

压杆稳定可靠性稳健设计

将稳定可靠性优化理论、稳定可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,讨论压杆稳定可靠性稳健设计问题,提出了稳定可靠性稳健设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。数值算例表明所提数值计算方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健设计方法。     

基于NASTRAN的某复合材料机翼综合优化设计

基于NASTRAN软件,研究了在机翼打样设计阶段考虑颤振约束条件进行结构综合优化设计的方法.气动载荷采用亚音速偶极子格网法计算,颤振分析采用v-g法,优化中以最小质量为设计目标,设计变量为蒙皮铺层参数.对某复合材料后掠翼进行优化设计,设计结果满足静强度和刚度要求,颤振性能大幅度提高,对工程设计具有一定的参考作用.     

旋翼翼型定常-非定常特性综合优化设计新方法

旋翼翼型对直升机旋翼及全机气动特性有至关重要的影响。结合直升机飞行特性及旋翼工作气动环境,本文提出了一种新的旋翼翼型设计理念,即定常优化设计同非定常设计相结合的方法来开展直升机旋翼专用翼型的优化设计。首先,建立旋翼翼型非定常气动特性的高精度CFD求解方法,以获得旋翼翼型在相应状态下的升力、阻力和力矩等气动参数。其次,针对旋翼翼型优化状态的特点,对于翼型静态优化及动态失速优化分别采用遗传算法和序列二次规划算法。在上述方法建立基础上,首先针对定常状态下的原始翼型(SC1095)进行优化设计,获得一个满足设计要求的静态优化翼型,进一步着重对该翼型在非定常状态下进行优化设计,成功地得到一种新翼型,并具有非常规外观。结果表明,在设计状态下,新翼型在保持良好定常气动特性的同时,明显减弱了动态失速状态下的分离涡,从而显著改善了翼型的动态失速特性。     

“田口式质量损失函数”的应用

利用质量损失函数，讨论产品质量波动给社会带来的损失，并将其应用于企业生产中，使企业改进了产品质量，提高了效益。这说明，在质量管理中，解决“质量”问题时，必须把改进质量的焦点移向产品的设计和开发阶段，即从以往的“产品出厂后的检查或加工过程中的控制”的质量观，推向“产品设计阶段的优化”，从“下游管理”转向“上游管理”，使产品设计或加工过程设计成为保证产品质量优化的关键。     

直升机操纵稳定性优化设计

为了提高直升机操纵稳定性,建立了适合直升机总体设计的操纵稳定性分析模型,通过优化设计选择合适的总体参数和布局参数,以获得优良的直升机操纵稳定性。以UH-60A直升机为算例,结果表明该直升机操纵稳定性优化设计方法是可行和有效的;同时对比经典数值优化算法、智能优化算法和混合优化算法,发现混合优化算法更适合直升机操纵稳定性优化设计模型的求解。     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

超静定捆绑火箭传力路径的组合优化策略

为了获得新一代 大推力捆绑火箭捆绑方案的最优设计参数，针对超静定捆绑传力路径进行分析与优化设计。基于PATRAN的二次开发语言PCL对超静定捆绑火箭进行了参数化建模和仿真分析，并运用拉丁超立方试验方法对传力路径设计参数进行灵敏度分析。在此基础上提出了一种多目标粒子 群和序列二次规划算法的组合优化策略，确定了捆绑联接方案设计参数，实现了对捆绑联接装置和助推器结构载荷的高效优化。计算结果表明：组合优化策略能够将主捆绑联接结构的受力减少了30%左右，明显优于单独使用一种全局优化算法或局部优化算法的优化结果。本文研究成果将为新型捆绑火箭捆绑方案优化设计提供参考。