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。     

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。     

基于加权几何平均迭代的改进BESO法

为了解决传统双向渐进结构优化法中存在迭代历程易出现局部振荡现象、算法效率低的问题,提出了一种基于加权几何平均迭代的改进双向渐进结构优化法。通过研究当前迭代步灵敏度权重因子和历史迭代步敏度权重因子对结构优化过程的影响程度,与当前迭代步敏度权重因子对应的迭代历程变化趋势,实现了最优当前迭代步敏度权重因子的优化选择。3个经典算例验证了较原生过滤法与基于算术平均的过滤法两种处理方法,本文方法在保持了同等刚度的同时,减轻了迭代历程的震荡程度,显著提高了迭代的稳定性,减少了迭代次数,效率提高了10%～37.5%,说明该方法的可行性与有效性。     

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%。     

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...     

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.     

飞行器伺服回路的变结构设计

本文根据变结构系统(VSS)理论对某飞行器伺服回路进行了变结构设计,给出了控制器设计的详尽步骤。设计方法几何意义直观,在IBM4341机上通过了数字仿真,给出了仿真框图,并与原伺服回路的控制性能进行了比较。仿真表明,VSS比传统普通控制系统具有以下几个突出的优点;(1)快速、无超调、无稳态误差:(2)对系统参数变化具有鲁棒性;(3)对外界干扰具有鲁棒性。     

基于MSC.Nastran/HyperWorks的薄壁圆筒隔框结构拓扑优化设计

薄壁加筋结构是航空航天领域常见的一种结构型式,这类结构的强度分析和优化设计广泛地受到关注。相比自行开发软件,合理地结合商业有限元软件的优势开展结构分析和优化设计更加简单实用,且易于飞机结构设计人员掌握。提出了一个基于MSC.Nastran和HyperWorks的完整的结构分析和优化设计流程。首先,在MSC.Nastran中进行整体结构的建模和分析,然后将隔框从整体结构中隔离出来,将MSC.Nastran分析得到的隔框边界节点的位移信息作为强制位移载荷施加给隔框,然后基于HyperWorks的优化模块对隔离出的隔框单独做优化分析和拓扑结构设计。该流程合理地结合了MSC.Nastran的结构分析功能和HyperWorks的优化功能,以薄壁圆筒隔框结构中隔框部分的拓扑优化为例详细说明了流程的全部细节,通过算例表明该结构分析和优化设计流程普遍适用于大型复杂结构的优化设计问题。     

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。     

Topological Optimization Method for Aeronautical Thin-Walled Component Fixture Locating Layout

Fixture locating layout has a direct and influential impact on aeronautical thin-walled component(ATWC)manufacturing quality.The purpose is to develop a topological optimization method for ATWC fixture locating layout to minimize the manufacturing deformation.Firstly,a topological optimization model that takes the stiffness of ATWC as the objective function and the volume of the locating structure as the constraint is established.Secondly,ATWC and the locating structure are regarded as an integrated entity,and the variable-density method based topological optimization approach is adopted for the optimization of the locating structure using ABAQUS topology optimization module(ATOM).Thirdly,through a subsequent model reconstruction referring to the obtained topological structure,the optimal fixture locating layout is achieved.Finally,a case study is conducted to verify the proposed method and the comparison results with firefly algorithm(FA)coupled with finite element analysis(FEA)indicate that the number and positions of the locators for ATWC can be optimized simultaneously and successfully by the proposed topological optimization model.     

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。     

基于协同进化的复杂低空下多飞行器协同航迹规划方法

由于低空空域环境复杂，威胁通用航空器运行安全。复杂低空多飞行器航迹规划方法是保障安全、提高效率的关键技术。在特定空域范围内，依据地形特点、环境威胁以及飞行器自身物理条件等约束和安全效率等性能指标，为飞行器规划出最优航迹。然而，多飞行器的航迹规划问题存在多约束、强耦合、多目标等难点，现有方法缺乏对问题先验知识的挖掘和利用，导致难以兼顾安全与效率。针对多飞行器航迹规划问题，建立了多飞行器航迹优化 多目标模型。为了进一步提升优化效率，基于启发式算子的自适应差分多目标进化算法，引入多种群协同进化，每个飞行器通过不同种群独立进化，建立合作机制提升种群进化质量，避免陷入极值。最后通过二维与三维仿真实验验证了算法的可行性和有效性。     

飞行航迹动态逆跟踪控制的神经网络方法

针对用动态逆方法设计飞行控制系统在极慢模态设计中所遇到的完全非线性问题，以及飞行器在执行低空突防任务时所面临的程度无法精确控制的条件，提出了一种以前向神经网络为核心的解决方案。文中给出了神经网络的拓扑结构、样本采集方法以及动态逆控制器的构造方法，仿结果表明，该方案具有良好的指令跟踪能力。     

有限元动力模型优化的一种方法

本文研究以振动试验测得的飞机结构的固有频率为目标值的有限元动力模型的优化问题。应用了一种迭代优化法,该方法基于动力平衡方程以及正交性。通过修改刚度矩阵的元素来优化,使计算出的固有频率与试验测得的频率值基本一致,并成功地应用于无人机水平尾翼模型上,效果良好。