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。     

单向联轴器折叠弹簧设计方法（英文）

目前国内普遍采用的单向联轴器压紧机构为传统的圆柱弹簧，其结构复杂、装配难度大，且使用过程中易出现偏载，降低联轴器可靠性。为提高单项联轴器可制造性和寿命，本文提出一种折叠弹簧，采用卡式第二定理推导出其等效刚度理论计算公式，并建立了刚柔耦合有限元模型，对弹簧的压缩过程进行数值模拟，研究分析了其分段线性的刚度特性。提出了折叠弹簧参数化设计方法，在给定工作载荷和工作长度的情况下，以等刚度假设为前提，压缩长度、工作段占比和长厚比为约束条件，能够实现弹簧结构参数的快速优化设计。最后，研制了折叠弹簧样件，进行弹簧刚度试验，验证了理论模型、仿真模型及设计方法的正确性。     

复合材料加筋壁板灵敏度分析及优化设计

本文基于面内刚度系数和弯曲刚度系数建立了模拟复合材料层合板的等效刚度法,该方法充分考虑了层合板的面内刚度和弯曲刚度特性,与原始层合板具有相同的面内刚度和弯曲刚度。采用等效刚度法建立复合材料L型加筋壁板的有限元模型,基于二级优化策略对加筋壁板进行了以最小重量为目标的优化设计,其中一级优化是以铺层厚度和弯曲刚度系数为设计变量的重量最小化设计,二级优化则是调整铺层顺序,以满足最优化的弯曲刚度系数。在L型加筋壁板的优化设计中,首先通过实验设计对目标和约束进行了灵敏度分析,然后在此基础上对L型加筋壁板进行了以强度、刚度、稳定性等为约束条件的轻量化设计。     

一种典型冲击试验夹具的优化设计

根据冲击试验夹具的设计要求，以夹具几何参数为设计变量，以试件－夹具连接处的期望响应与实际响应差异最小为目标，建立了优化设计的数学模型，同时规定了几何、强度、刚度、体积等约束条件。然后在ANSYS上建立了有限元模型，采用子问题近似方法进行了动力响应优化求解，获得了合理的优化结果。本文的研究为冲击试验夹具的设计提出了一条新思路。     

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。     

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。     

稀土磁弹簧吸振器特性的研究

首先简要介绍稀土金属制成的磁弹簧吸振器的构造和工作机理，然后着重介绍三种规格磁弹簧吸振器特性的测试、计算和分析，并对磁弹簧刚度的可调节性及其刚度与磁弹簧的有关参数间的关系进行了分析，最后得出了一些有实际应用价值的结论。     

基于计算机实验设计方法的金属壳体吊耳部位结构优化设计

对某φ1m带吊耳结构的金属壳体建立了三维参数化模型。以计算机实验设计方法为基础,构建代理模型及目标驱动优化设计,选取影响吊耳部位结构受力形态的5个几何参数作为设计变量。同时,以带吊耳结构金属壳体总质量及Mises应力为目标函数对吊耳部位结构进行了优化设计。计算结果表明,优化后的吊耳部位结构形式协调,吊耳周边区域应力分布合理,总重比初始状态减小2%;相比其余几何尺寸,加厚区外径及开孔直径对优化结果影响更为重要。     

基于运营要求的民用飞机概念设计参数优化

可靠性、经济性和环保性是民用飞机设计必须考虑的运营要求,通过系统研究签派可靠度估算模型、全寿命周期成本和碳排放量模型,构成多目标函数。同时,根据民用飞机实际运营中需要满足的性能要求,建立约束限制条件,最终形成多目标优化模型,然后采用遗传算法实现对优化模型的寻优计算。以A320机型为例,针对不同设计目标进行优化计算。优化结果表明遗传算法的优化方法可行,可为民用飞机概念设计参数的选取提供参考。     

弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料圆柱壳将拥有比常刚度(直线纤维)圆柱壳更好的抗屈曲稳定性。为研究弯扭载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料圆柱壳屈曲性能的影响,建立了变刚度复合材料圆柱壳的参数化有限元模型,结合序列二次响应面方法和圆柱壳屈曲优化模型建立了复合材料圆柱壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;以准各向同性铺层复合材料圆柱壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。数值结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势。     

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。     

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...     

渐变刚度钢板弹簧刚度特性计算的曲率-载荷混合法

渐变刚度钢板弹簧在汽车中有广泛的应用.目前,汽车钢板弹簧的计算方法主要有共同曲率法和集中载荷法,但用这些方法计算副簧为变截面簧片的渐变刚度钢板弹簧时,适应性不好、精度不高.本文建立了具有该结构形式的渐变刚度钢板弹簧的普遍适用的力学模型,提出了一种计算分析渐变刚度钢板弹簧刚度特性的曲率-载荷混合法,通过对某型铃木汽车的渐变刚度钢板弹簧刚度的实例计算及与实验值比较,表明本文提出的曲率-载荷混合法简便易行且有较好的精度.     

一种基于波形弹簧的空间驱动机构轴承预紧力研究

基于波形弹簧提出了一种针对空间驱动机构角接触轴承的预紧力方法；文中对波形弹簧进行了设计，对波形弹簧进行了常温、耐压后、高低温刚度试验，验证了波形弹簧刚度的稳定性；然后将波形弹簧安装在驱动机构中，使用压力传感器监测波形弹簧施加在轴承上的预紧力；最后将驱动机构连同波形弹簧、压力传感器进行了高低温试验。试验表明，该种方式对轴承施加的预紧力，在高低温条件下性能稳定，具备一定的工程可行性。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

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.     

集成主动转向功能的电动助力转向参数优化(英文)

建立了融合主动转向功能的电动助力转向系统(新型EPS系统)动力学模型和整车三自由度转向模型;提出了新型EPS系统转向路感、转向灵敏度和转向稳定性的概念及量化公式;并根据多元函数有约束优化问题的特点设计了遗传算法。以转向路感为优化目标,以转向稳定性和转向灵敏度为约束条件,对EPS系统参数进行了多参数变量优化设计。仿真结果表明:应用多目标遗传算法进行EPS系统参数优化可在保证系统具有较好的转向稳定性和转向灵敏度基础上,有效提高了系统的转向路感,为新型EPS系统的设计和优化提供了理论基础。     

电控旋翼气弹设计参数研究

以有限元旋翼气弹分析程序LORA01为基础，建立了电控旋翼的气弹分析模型，给出了一种有效的旋翼／襟翼耦合配平方法。以此为基础，选取改造后的SA349旋翼为基准旋翼，对电控旋翼的若干设计参数进行了分析研究。这些参数包括：桨叶预安装角、桨根弹簧扭转刚度、襟翼长度、襟翼中点径向位置、襟翼弦长比以及襟翼移轴补偿率。通过参数分析得到适宜的取值范围，可作为电控旋翼设计的理论基础。     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

设计参数型有限元模型修正属于结构动力学反问题，其理论基础是将结构的特征量视为设计参数的函数。然后依据特征量对设计参数的一阶导数信息进行迭代求解。本文提出了一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法，把模型修正归结为正问题进行研究。首先将特征量视为自变量．设计参数视为因变量，以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系，然后利用神经网络的泛化特性直接求解设计参数的目标值。不但无需迭代求解，而且避开了反问题所面临的复杂的非线性优化计算。GARTEUR飞机模型仿真研究的结果表明．修正后设计参数误差在2％以内，模态频率误差在1％以内。