飞机复合材料起落架舱门优化设计

蜂窝夹芯复合材料逐渐取代铝合金成为舱门的首选材料,其刚度设计及结构减重在飞机的结构设计中十分重要。通过参数化建模建立了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的有限元模型,并进行起落架舱门的模拟计算。在打开和关闭两种工况下以刚度和强度为约束,优化舱门的几何结构和复合材料参数。建立代理模型后采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合进行优化,实现了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的优化设计。通过优化设计,所得到的舱门比原铝合金舱门具有更高的强度和刚度。优化后复合材料舱门重量比优化前下降了11.5%,比铝合金舱门减少了39.6%,起落架舱门总重量明显降低。同时,建立代理模型后再优化的方法优化效率高,解决了多优化变量下找不到最优解的问题。     

载人航天器舱门有限元分析及机构最小传动角计算

舱门关闭后的密封性及开闭操作的灵活性是载人航天器舱门的重性能。应用有限元法分析已有载人航天器舱门结构在舱内外有压差情况下的应力和变形,以及舱门结构变形对安装在其上的周边传动锁紧/释放机构的影响,并对该机构最小传动角进行优化计算,给出机构优选的设计参数。     

基于Abaqus-Isight的飞机舱门密封件的联合优化设计

为了适应飞机舱门密封件研制周期较短以及正向设计的发展趋势，基于Abaqus-Isight软件对飞机舱门密封件进行仿真分析和优化设计，同时校准了材料参数，提出了两种对飞机舱门密封件的优化设计方法，通过对比得到更优的密封件结构。通过试验得到橡胶与织物的材料参数，基于Abaqus-Isight对材料参数进行校核，通过试验得到的压缩试验曲线对材料参数进行修正，得到与成品试验拟合度更高的材料参数；基于Abaqus-Isight对飞机舱门密封件进行DOE正交试验优化设计，将产品结构参数作为变量，压缩力、接触压力、摩擦损耗能作为优化目标，可以得到局部最优结构；将DOE正交试验结果拟合得到近似模型，通过Isight的近似模型算法得到全局最优结构，综合评估采用近似模型算法能够得到更为优异的结果。     

民用飞机复合材料舱门优化设计

复合材料因其具有比刚度大、比强度高、可设计性强等特点而被广泛应用到民用飞机结构上。针对宽体复合材料舱门设计方案，建立有限元模型进行初步分析，然后以刚度设计要求和强度设计要求为约束条件，对复合材料舱门结构的铺层比例进行了优化，达到了复合材料舱门的减重目的。优化后复合材料舱门的重量降低了10%以上，并且满足所有刚度和强度设计要求。本文所做研究为复合材料气密舱门减重提供了一种有效的方法，并且为类似结构的设计提出了参考建议，在工程上具有一定的指导意义。     

舱门类结构的约束载荷求解方法研究

计算舱门类结构强度时,通常不考虑与其连接的锁、锁接头及周边结构、拉杆、拉杆支座的刚度,直接在舱门的细节有限元模型上将与锁接头、拉杆支座连接的位置约束位移。当舱门结构为静定结构时,采用这种方法计算出的锁载荷、拉杆载荷是准确的,但通常舱门类结构为高度静不定结构,高度静不定结构的约束载荷与其支持结构的刚度有直接关系,所以,在计算高度静不定的舱门类结构强度时,必须考虑舱门支持结构的刚度。文中重点讨论舱门类结构的锁、拉杆结构的约束载荷计算方法,在舱门的细节有限元模型中采用弹簧元、梁元简化模拟舱门支持结构刚度的方法,计算舱门的约束载荷。利用这种方法计算某型飞机舱门的锁载荷和拉杆载荷,并通过试验验证,证明该种方法有效,为计算舱门类结构的约束载荷提供一种更为简洁准确的方法。     

惯组结构热变形控制方法研究

针对降低外界温度变化对惯性仪表输出精度影响的目标，开展惯性结构热变形控制方法的研究，建立基于伽辽金有限元方法的一维单向稳态热传导有限元方程和热变形方程，提出了4种控制热变形的结构优化设计方法，并进行了有限元仿真分析论证和试验验证，为后续惯组产品的热设计提供了依据。     

基于改进鸽群算法的高超声速飞行器轨迹优化

采用基于罚函数思想的约束处理技术改进鸽群智能算法,应用于复杂的带约束的飞行器轨迹优化问题。以高超声速飞行器爬升段轨迹优化为例,建立其包含微分方程约束、路径约束和终端约束的优化数学模型,通过罚函数构造算法的适应值函数并对优化变量添加边界强约束,将改进的鸽群智能(PIO)算法和粒子群(PSO)算法对高超声速飞行器爬升段优化数学模型进行对比仿真分析。仿真结果表明,改进的鸽群智能算法在解决此类复杂带约束优化问题中展现出了更好的优化效率,具有良好的工程应用价值。     

准双曲面齿轮LTCA弯曲变形约束方法

针对现有准双曲面齿轮加载接触分析（LTCA）受载后得到的弯曲变形中包含由于柔性引起的变形和加载点与轮坯之间剪切变形的问题，提出了轮齿有限元模型约束方法用于消除柔性引起的变形和剪切变形。该约束方法在原有约束方法的基础上引入了约束轮坯内圈和轮齿中间平面的有限元模型，并给出了该约束方法对应的齿面法向柔度矩阵的计算过程。为验证该约束方法的正确性，将原约束方法、该约束方法及实验结果进行对比。结果表明:约束方法主要影响齿面加载接触印迹的范围，最大载荷时原有约束方法加载接触印迹到达齿面小端，而该约束方法的加载接触印迹在最大载荷时距离小端仍有3~4mm与实验结果吻合更好。      

基于改进粒子群的时差测向最优阵列布局

为了减小阵列布局对测向算法精度的影响，提升在特定场景下目标的测向精度，提出基于竞争策略和差分进化策略的粒子群优化（PSO-CDE）算法，并基于PSO-CDE实现时差测向阵列优化。首先，基于时差测向的原理，以位置约束和基线约束设计传感器阵列，以均方误差构建适应度评价函数；其次，提出PSO-CDE算法来提高粒子群性能和鲁棒性，并基于PSO-CDE算法对阵列布局进行策略优化；最后，通过仿真靶场环境，得到不同条件下的优化阵列布局。仿真结果表明：优化后的阵列较规则阵列具有更高的目标测向精度。同时，对比分析最优阵列中阵列基线、阵元数量和时延误差对测向精度的影响，为实际场景中阵列布局优化策略的选择提供相应的参考依据。     

航空发动机机匣电子束焊接变形模拟分析与优化

为了对焊接变形进行预测与控制,建立了焊接接头的弹塑性有限元模型,并对电子束热源模型进行了校核,获得了接头焊接位置的塑性应变区域大小;建立了风扇叶片机匣3D壳单元有限元模型,并采用固有应变法对机匣焊接变形进行了模拟计算,获取了焊接过程的变形分布,通过实测机匣变形量并与仿真结果进行对标,验证了模型的准确性;通过对风扇叶片机匣焊接顺序以及焊接熔池宽度等工艺参数的优化,获得了控制风扇叶片机匣焊后变形的最优方案。结果表明:模拟与实测的平均变形误差仅10.3%,基于固有应变法的中心面3D壳单元有限元模型适用于大型复杂薄壁件的电子束焊接变形预测,该方法已得到应用;风扇叶片机匣焊接熔池宽度的优化能够有效控制焊后变形,焊缝上熔池宽度降低为2.7 mm,焊后平均径向变形量降低30%,能够明显降低机匣径向收缩变形,焊接顺序的优化对变形控制效果较差。      

基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法

作为一种典型的复杂曲面薄壁件，叶片在铣削加工过程中极易发生“让刀”，即弹性变形，严重影响着叶片的加工精度。针对该问题，设计了四自由度回转辅助支撑机构增加叶片的加工刚度，并提出了一种基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法。首先，建立了综合考虑材料去除以及铣削力与弹性变形耦合效应的叶片铣削加工有限元仿真模型。其次，以辅助支撑布局作为设计变量，最大加工弹性变形和整体弹性变形均方差作为布局优劣评价指标，采用拉丁超立方试验设计和有限元仿真模型计算评价指标并生成样本集，再以支持向量机回归（SVR）对样本集进行训练获得评价指标的代理预测模型。然后，采用精英策略遗传算法（GA）优化薄壁叶片的辅助支撑布局。最后，进行了薄壁叶片铣削加工及三坐标测量实验，结果表明优化后的辅助支撑布局方案对叶片加工弹性变形的抑制程度可达57.6%。     

舱门橡胶密封件压缩行为的有限元模拟

基于非线性不可压缩的Mooney-Rivlin本构理论,建立Ω型舱门橡胶密封件的有限元模型.根据上述有限元模型,分析了密封件在对称的平面下压位移荷载和均布线荷载作用下的变形和应力分布规律.最后,模拟了方向非对称和位置非对称载荷作用下密封件的受力与变形情况,得出了非对称因素对密封件受力的影响规律,并确定了纤维织物对密封件力学性能的影响.     

基于蜕变 Voronoi 多边形的扇区优化方法

根据空域中航路点的自然分布 ,利用算法几何的思想建立Voronoi图 ,并依照空域划分的原则将由Voronoi图获得的单元蜕变 ,统计由各蜕变Voronoi多边形构成的有限元内包含的管制员工作负荷。然后以工作负荷均衡为优化原则 ,使用模拟退火算法对空域中的有限元进行优化组合 ,新解要求满足空域划分的 2个原则的约束。这样 ,有限元组合集合的边界就是优化的扇区边界。通过实际空域设计算例的计算结果 ,验证本文提出的扇区优化方法的合理性。     

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中，在试验允许的常规载荷配平方案下，压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形，影响试验精度，因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构，在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数，通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后，采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示，优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形，配平载荷不影响考核区域的真实变形，证明了该优化方案的正确性和可行性。     

复杂S形蒙皮成形工艺研究

介绍了某飞机中舱门蒙皮从零件数模开始,利用工艺设计制造系统软件进行工艺设计和分析,通过有限元模拟检验工艺方案,经生产性试验,最终确定了优化的工艺参数并应用于生产,大大提高了生产效率和零件质量.     

FL-9低速增压风洞主体结构有限元分析与气压试验

FL-9低速增压风洞是“十五”国家批准建设的大型航空基础设施，笔者简要介绍了该风洞基于有限元方法的应力、变形和模态分析，并与风洞气压试验结果进行了对比。结果表明：有限元计算中所采用的单元类型、模型简化、边界约束等处理方法合理可行，应力计算值与实测值比较一致，最大薄膜应力为147．6MPa，低于许用值42．1％，风洞结构具有较大的安全裕度。风洞的前六阶模态分析为风洞安全运行提供了参考依据。     

薄壁圆柱壳缓冲器轴向动态冲击性能研究

本文针对导弹垂直冷发射过程中发射筒内缓冲吸能装置的冲击性能进行研究。采用非线性有限元软件ABAQUS进行动力学仿真计算；对优化后的仿真计算结果，采用静态及动态试验进行验证。计算结果与试验结果基本一致。有限元计算给出了结构设计中的一些注意事项，可以为缓冲吸能器的工程设计提供参考。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

均布载荷下变形受约束悬臂梁弹性大变形分析

建立了分析均布载荷作用下受约束悬臂粱的弹性大变形三阶段模型。模型的第1阶段为悬臂梁变形不受约束的阶段：第2阶段为悬臂梁自由端和其下面的约束相接触时的变形阶段，此时，在接触处有一支反力作用：第3阶段为悬臂梁和其下面的约束有一定接触范围时的变形阶段，此时在接触范围内，粱的挠度和转角是固定的。给出了各个阶段弹性大变形梁的边界条件，提出了各阶段求解梁弹性大变形的三重二分法。实例中，对于梁在各阶段的弹性大变形问题进行了分析计算，并和小变形理论的计算结果进行了比较。结果表明，在梁变形的第1阶段，小变形理论的相对误差随着初始间隙的增大而迅速增大；在梁变形的第2阶段，在给定的初始间隙范围内，小变形理论的相对误差变化不大；在梁变形的第3阶段，小变形理论的相对误差随着接触范围的增大也迅速增大。     

航发高温内腔温度场模型的建立与仿真分析

航空发动机内腔温度高、变化快，传统接触测试方法需要破坏结构或加载传感器于内腔获取温度数据。针对这种高温测量应用需求，从热传导和热弹性理论出发，理论分析了温度场作用下的钢质薄板变形特性。基于热弹性的基本方程和边界条件，研究了符合轴对称原则的金属薄板的应力、应变、位移、温度之间的数学关系，建立了多项式方程求解金属薄板温度位移模型。依据金属薄板材料参数和边界约束条件，有限元仿真分析了金属薄板的热变形状态，仿真结果与建立的模型计算数据比对验证基本一致，初步验证了温度计算模型的可靠性，为微变形内推温度测量提供可能。