惯导系统结构拓扑优化方法研究

针对惯导系统结构拓扑优化问题,提出了一种考虑多工况组合和等效边界处理的优化方法.以惯导系统结构件为研究对象,梳理了不同结构件的载荷工况;以刚度最大为 目标函数,以体积分数、结构频率和最大变形等作为约束条件,研究了变密度拓扑优化方法;以某惯导系统的盖板、惯性台体和外壳体3个结构件为例,进行了优化方法验证.结果表明,与传统设计相比,在满足系统刚度、频率及动态特性的前提下,优化后的3个结构件质量分别减小18.3％、22.6％和18.0％,整体质量减小18.7％,实现了惯导系统结构的轻量化设计.     

惯性平台基座结构的频率灵敏度分析

灵敏度分析法是结构动力修改与优化设计的一种基本方法。论文简述了灵敏度分析的基本原理，利用某型号惯性平台基座结构模态实验分析的结果，计算出惯性平台基座结构首阶固有频率(基频)对质量和刚度的灵敏度，对其进行了分析，并得出结论。     

一种球面网壳型平台框架设计及仿真分析

针对环形和球形惯性稳定平台框架的不足,提出一种球面网壳型惯性稳定平台框架设计.组合正12面体和正20面体并映射到球面上,接着一次细化得到一种由240个弧三角构成的球面网壳.然后通过PROE绘制网壳,确定框架及各部件的大小,并处理轴安装部位,得到一种对流和导热效果很好且等刚度的球面网壳型惯性稳定平台框架.最后通过ANSYS软件作静力学仿真与模态分析,验证结构具有足够的刚度与强度.     

航空惯性稳定平台的框架刚度及模态分析

在航空惯性稳定平台的框架结构设计中,采用ANSYS有限元软件对其结构进行了刚度和模态分析,得到了大载荷作用下的应力、应变分布及模态特性,并根据分析结果对其结构进行了优化设计,以满足稳定平台的控制精度要求。分析结果表明,优化后的框架结构刚度得到了大幅的提高,同时其动态特性也得到了有效的改善。从而验证了在稳定平台设计中进行工程力学分析的必要性和合理性,为航空惯性稳定平台的设计提供理论依据     

大型重载并联机构动平台结构优化设计

为保证并联机构的动平台满足工况使用要求,对动平台进行结构优化设计。首先,在动平台质量一定的前提下,设计4种结构方案,并通过分析比较,选取较优的结构方案。然后研究动平台各结构参数对其应力、变形的影响规律,确定其关键结构参数。最后建立动平台结构参数优化数学模型,对其进行参数优化设计。经过优化设计,优化后的动平台强度和刚度得到提高,满足工况使用要求。     

一种惯性平台三轴同时转位控制方法

以惯性平台系统为导航系统的弹道式导弹在发射之前需要根据目标位置信 息进行发射准备,惯性平台系统的准备时间直接影响导弹的发射准备时间。通过对四轴 平台系统台体、框架及基座间的坐标变换进行分析,推导出了在不同状态下各坐标系间 的角速度转换矩阵,并通过该矩阵提出了一种全新的惯性平台三轴同时转位控制方法。 仿真和实验表明,通过该转位方法可以实现惯性平台三轴同时转位,因此可以大幅缩短 惯性平台在发射前的准备时间,从而提高导弹的快速响应能力。     

CAD/CAE在飞机改型设计中的应用

结合某试验机承力密封框结构件的研制 ,开展先进CAD/CAE系统在飞机改型设计中的应用研究 ,其中包括 :简要介绍应用先进的CAD/CAE系统 ,进行承力密封框的三维数字化建模 ,包括建立三维结构模型和有限元分析模型 ;根据承力密封框的使用环境和设计要求 ,确定对其进行刚度和强度分析时所需的各种主要参数 ;应用CAE系统计算承力密封框的刚度和强度 ,分析计算结果。最后 ,总结了先进CAD/CAE系统在飞机改型设计中的应用效果     

惯性平台系统摇摆条件下的漂移处理方法

惯性平台在摇摆条件下,由于轴端摩擦力矩的存在,导致在摇摆运动时影 响平台稳定性,引起平台各轴附加常值漂移。介绍了两种惯性平台摇摆条件下的漂移处 理方法, 第一种方法利用平台轴端框架角传感器的输出数据, 首先使用离散傅里叶变 换得到数据频谱, 其次根据数据频谱设计数字滤波器, 对得到的数据进行滤波处理, 最后使用线性回归法对滤波后的数据进行拟合, 从而得到摇摆条件下平台摇摆漂移; 第二种方法使用加速度计的输出, 根据敏感的加速度可以得到敏感轴与重力加速度的 角度, 由此计算出摇摆过程的漂移速度。实验表明, 频谱分析法可以进行三个方向的 计算, 但台体轴结果的稳定性不好; 加速度输出拟合方法虽只可进行两个方向的计 算,但稳定性较好。     

局部旋转惯性对转子系统动力特性的影响

提出了基于质心和惯性主轴空间位置的转子旋转惯性描述方法,推导了旋转惯性载荷在不同运动状态下的完整表达式,建立了考虑轮盘质心横向运动和惯性主轴角向运动的连续梁转子模型及运动微分方程。分析表明：高转速下轮盘具有“质心自动定心”与“惯性主轴自动掰正”的趋势,这种旋转惯性将提高转子系统正进动模态频率,并增大转子支点动载荷,盘-轴连接局部角向刚度是决定其影响程度的关键。在此基础上,解释了高转速下转子支点动载荷随转速提高而持续增大的原因,探究了盘-轴连接局部角向刚度对转子系统固有特性和动力学响应的影响规律,为高转速复杂结构转子动力学设计与振动故障排查,提供了理论支撑。     

航空电子设备安装支架的刚度与频率优化设计

航空电子设备用于飞行中的数据采集,通常使用安装支架固定于机头雷达罩,研究安装支架的刚度和一阶频率性能,避免设备支架在飞行过程中出现塑性变形和共振现象,对提高飞行稳定性具有重要的工程意义。在惯性载荷下对安装支架进行静强度和模态分析,采用一种灵敏度分析方法确定安装支架的设计变量,以结构总质量最小为优化目标,在保证安装支架的刚度和一阶模态性能的前提下对支架各个构件的厚度进行优化设计,并对优化后的安装支架结构进行振动试验。结果表明：优化后的安装支架结构刚度基本保持不变,一阶频率提高了18.09%,质量减少了19.33%,改进设计满足设备安装要求。     

扭转刚度对双输入圆柱齿轮分流传动系统动力学均载系数的影响

建立了双输入圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型,模型中考虑了各齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合误差、啮合阻尼等因素.结合闭环结构特点,利用齿轮啮合线的相对位移和传动轴扭转位移消除方程中的刚体位移.采用4阶Runge-Kutta法求解系统动力学方程,获得了系统均载系数.结果表明:系统均载系数受输入轴扭转刚度影响小;分流级和并车级均载系数对双联齿轮轴的扭转刚度敏感,减小双联齿轮轴的扭转刚度可以改善系统的均载性能,当双联齿轮轴的扭转刚度小于1.1×105（N·m）/rad时,可将系统均载系数控制在1.06以内;输出轴扭转刚度的变化对分流级和并车级均载系数基本没有影响.      

基于有限元分析方法的某惯性台体结构优化设计

建立惯导系统中惯性组件结构三维模型,利用有限元分析软件对惯性组件结构进行有限元模态计算和分析。根据模态分析结果,对惯性台体结构进行拓扑优化,达到惯性台体减重的目的,优化后的惯性台体结构满足文中提出的设计要求。此结构优化设计方法简单,易于实现,对优化惯导系统结构设计,实现小型化、轻量化目标具有一定的指导意义。     

扭转刚度对功率分流传动系统均载特性的影响

考虑齿侧间隙、齿轮副间的时变啮合刚度、齿轮偏心误差、轴的扭转以及支撑刚度等,构建了面齿轮-圆柱齿轮两次功率分流传动的动力学模型。利用传动构型的力封闭特点以及将轴的扭转角位移当量转化成线位移的方法,消除了系统方程中的刚体位移。采用Runge-Kutta数值仿真法求解了动力学方程,获得了传动系统的均载系数,并研究了各传动轴扭转刚度对均载系数的影响。结果表明:输入、输出轴的扭转刚度对系统各传动级均载特性几乎没有影响;均载系数对左、右分扭轴和双联轴的扭转刚度较敏感。在双联轴满足强度要求且扭转刚度取较小值时,左、右分扭轴扭转刚度的合理匹配可进一步提高系统的动力学均载特性。      

两分支圆柱齿轮分扭传动系统的均载性能

针对两分支圆柱齿轮分扭传动机构,深入剖析了其载荷分布不均衡的原理,通过建立动力学模型,分析了结构参数对均载性能的影响规律,并通过弹性轴结构分扭传动的试验证明了该原理及分析方法的正确性,结果表明:工况条件、两分支扭转刚度、支撑刚度、啮合相位差等因素皆对系统的均载性能具有影响,其中取较小的扭转刚度和较大的支撑刚度,并严格控制第一级齿轮副之间的啮合相位差对均载有利。      

航空发动机静不定转子支撑载荷的有限元分析

应用平面应力单元和傅立叶环单元耦合的有限元法对航空发动机静不定转子支撑惯性载荷进行计算,解决了传统的材料力学方法求解静不定转子支撑惯性载荷时的两个缺陷,即当支座和轴承的耦合刚度不可忽略时,很难建立正确的变形协调条件以及当转子不存在明显的轴的特征时,采用梁的弯曲理论将导致较大的误差,同时,该方法将复杂的三维问题转化为二维问题,计算工作量小,速度快,精度及效率高.      

铝基复合材料在平台环架的应用研究

惯性平台环架对零件的刚度、强度的要求很高,传统铝合金材料已经很难满 足新型平台的要求。对铝基复合材料早期性能和改良后的性能进行了研究,通过仿真分析 及力学试验,验证了铝基复合材料通过二次变形加工的方法,有效提高了强度和延伸率, 应用复合材料后,在大过载情况下能够有效抵抗变形,从而提高平台系统精度。     

航空发动机附件机匣结构设计及齿轮强度分析

以适应某型航空发动机功能要求设计的附件机匣为研究对象,将国内外先进设计理念融入结构设计和强度分析中。采用高可靠性结构设计方法进行齿轮、轴承等重要传动部件设计;分析了齿轮疲劳强度,考虑了壳体、轴的实际刚度对齿轮疲劳强度的影响,使分析结果更接近真实情况。该附件机匣随发动机累计试车超过300 h仍工作状态良好,表明其结构设计合理,能够满足发动机附件传动功能要求。     

某直升机全复合材料尾段结构优化设计研究

以蒙皮复合材料各方向铺层的厚度为设计变量,对直升机全复合材料尾段结构进行静力分析以及优化设计,使其在满足结构刚度、强度约束的条件下结构重量最轻.应用ANSYS软件,采用APDL参数化编程语言,实现参数化建模、静力分析以及优化设计.应用四种约束方法,提高优化结果的可靠性.优化结果表明,结构重量较初始经验设计减轻了50%左右,载荷分配更加合理,消除了一些应力集中现象,使其更好的满足全部的约束条件,达到预期的优化效果.