基于BP神经网络和遗传算法的结构优化设计

现代航空发动机不断追求提高推重比,优化其零部件的结构设计日益重要。传统结构优化方法耗时多且不易掌握。针对这一问题,本文提出了将BP神经网络和遗传算法相结合用于结构优化设计的方法,并编制了相应的计算程序,实现了一个含9个设计变量的发动机盘模型的结构优化计算。计算证明,与传统结构优化方法相比,此方法计算速度快、精度良好。      

一种新的自由涡尾迹计算方法

在使用自由涡理论进行旋翼气动计算时,尾迹几何结构的确定是计算旋翼气动载荷以及空间流场计算的关键。发展了一种新的自由涡尾迹结构计算方法,该方法能快速得到收敛的尾迹结构,能比较准确地计算桨叶载荷分布。算例与实验数据的比较验证了该方法的正确性。     

一种高精度气动弹性计算方法

提出了一种实用高精度静气动弹性计算方法,该方法的气动力计算基于FLUENT软件,结构变形的求解和流场网格调整在ANSYS平台下完成,结构流场网格划分使用界面节点一致化方案。气动力计算和结构变形均使用专业软件完成,可以建立精细的计算模型并获得相应的精确计算结果。界面节点一致化方案降低了流固耦合难度,气动力和结构变形的传递简单而精确。最后以三维机翼模型为算例验证了该方法的可行性有效性。     

基于CFD/CSD的非线性气动弹性分析方法

提出了一种基于计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)的非线性气动弹性分析方法,并应用于切尖三角翼的非线性颤振和极限环振荡(LCO)研究。该方法将非线性有限元(FEM)和CFD计算相结合,并辅以高精度的界面插值,能够分析结构和气动非线性共存的气动弹性问题。结构部分以四边形平板壳元为基础,采用更新的拉格朗日(UL)方法分析结构大变形引起的几何非线性问题。气动部分以Navier-Stokes(N-S)方程作为控制方程,采用CFD方法计算跨声速气动力。机翼的非线性颤振计算表明了方法的有效性。最后应用该方法研究了切尖三角翼的LCO现象,其计算精度明显优于已有结果。     

高超声速全机外形气动加热与结构传热快速计算方法

发展了一种无黏流场解与工程计算方法相结合的高超声速全机外形气动加热与结构传热快速计算方法。该计算方法结合了三维块结构网格无黏流场数值计算技术可处理复杂外形流动的优点与工程计算方法效率高的特点,将气动热的计算简化为绕飞行器的无黏外流(边界层以外)数值解和边界层内热流求解两个部分,同时耦合了防热结构传热计算模型、高温化学非平衡热效应估算方法以及弹道状态动态插值方法,可用于快速计算与分析三维复杂外形高超声速飞行器在弹道飞行状态下全机热环境参数、防热结构内温度场等随飞行时间的变化特性。以RAM-CⅡ、类Ⅹ-37B等典型高超声速飞行器为研究对象,在设定的飞行条件及热防护方案下,进行了气动加热与结构传热问题的求解,给出了全机表面热流密度与防热结构材料温度的时变特性。结果对比表明,所发展的方法具有快速、高效的特点,且计算精度可满足工程设计初期选型需求,可为高超声速飞行器的热防护系统初期设计及热环境特性快速计算分析提供技术支持。     

附加粘弹性阻尼齿轮结构的阻尼计算

本文结合模态应变能理论与20节点有限元方法,提出了一种附加粘弹性阻尼结构损耗因子的计算模型和方法。以某实际齿轮附加阻尼结构为例,进行阻尼计算,研究了如何提高阻尼处理的效率,并得到相应实验的验证。该方法克服了已有粘弹性阻尼结构计算方法只能对简单理想结构建模的局限性,能够简便有效地应用于实际粘弹性阻尼结构的阻尼预测和优化。这对阻尼的工程应用具有较大的理论和应用价值。      

三维机翼的静气动弹性特性数值模拟研究

发展了一种计算流体动力学（CFD）和计算结构动力学（CSD）的耦合计算方法,对三维机翼的静气动弹性进行了数值模拟研究。采用三维欧拉方程为控制方程基于直角网格计算气动力,并耦合结构静平衡方程进行静气动弹性数值模拟,设计了CFD/CSD耦合计算的数据交换的方式。以M6机翼作为算例,进行了机翼静气动弹性的数值模拟,计算结果表明所发展的三维机翼静气动弹性数值模拟方法是合理可行的,并可作为机翼结构优化设计和考虑结构弹性变形影响的气动外形优化设计的基础。     

钝体外形气动加热与结构传热一体化数值模拟

为了提高气动加热与热防护结构传热多物理场数值模拟的稳态计算效率与计算精度,发展了一种基于有限体积法的气动加热与结构传热一体化数值计算方法。该方法将高速流场与结构温度场统一到同一物理场,基于统一的控制方程组,采用基于LU-SGS隐式时间迭代和自适应时间步长的有限体积方法进行求解,避开了传统气动加热与结构传热耦合求解方法在时间域内的所需繁琐数据交替迭代策略。对二维/三维钝体进行一体化数值计算分析,计算结果表明:二维钝体非稳态下,得到2s时圆管驻点温度最高达到390.2K,驻点热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,证明了方法的可靠性和可行性。同时分析了三维钝体应用算例的流-固-热稳态计算特征,计算得到稳态时钝头体结构外壁表面最高温度达到535.6K,表明一体化计算方法可用于长航时飞行条件下的气动加热-结构传热多物理场耦合计算分析,为高速飞行器热防护结构设计与选材提供一定的理论与技术支持。     

波纹夹芯加筋板和波纹腹板的刚度工程计算方法及其应用

研究了波纹夹芯加筋板刚度的计算方法,并将该方法拓展到计算复合材料波纹层合板的拉伸、耦合和弯曲刚度,得到了其解析表达式。阐述了将波纹板的刚度输入到MSC．Nastran材料卡中的技巧,以及对波纹板有限元建模分析的方法。将波纹板的刚度计算技术及建模方法用于某型号的中厚蒙皮复合材料多墙结构翼盒静强度计算中,得到了结构测点处的位移计算值和应变计算值,并同试验测量值和传统的有限元分析方法得到的计算值进行了比较。结果显示,同传统的对结构细化的有限元建模分析方法相比,采用本文分析方法得到的计算结果更接近于试验实测值,位移计算值相对误差的平均值从原来的9％下降到5％,应变计算值相对误差的平均值从原来的17．4％下降到4．1％。     

转子系统套齿结构动力学设计方法研究

对转子系统套齿结构进行了动力学分析,运用接触有限元方法建立了转子系统套齿结构的计算分析模型;研究了定位面间距、定位面配合紧度和接触面积等结构参数以及载荷对套齿结构连接刚度和接触状态的影响规律;在此基础上提出了套齿结构的动力学设计方法,包括连接刚度设计方法和接触状态设计方法;对某型发动机涡轮转子套齿结构进行了计算与分析,验证了所提出的套齿结构动力学设计方法的可行性。     

基于自适应代理模型的结构动力可靠度分析方法

结构动力可靠度分析对于衡量结构的安全状态和工作性能具有重要的指导意义。采用一种同时考虑 动态激励载荷和材料力学性能参数随机性的动力可靠度计算高效方法,通过建立不确定性材料力学性能参数 与条件动力可靠度之间的 Kriging代理模型,推导动力可靠度的解析表达式;提出一个新的学习函数来构建自 适应的 Kriging代理过程,通过复合材料飞行器蒙皮骨架结构在随机振动载荷和随机材料力学性能参数共同作 用下的动力可靠度分析对所提方法的准确性与高效性进行验证。结果表明:所提方法不仅能够避免使用代理 模型对动力可靠度求解时由于使用数值积分所引入的误差,同时能够使用尽可能少的计算成本获得准确的动 力可靠度结果。     

起落架结构系统失效分析方法研究

讨论结构系统失效分析方法。以某机起落架结构系统为例进行可靠性分析,给出了:可靠度函数R(t)、失效概率函数F(t)、失效概率密度函数f(t)和失效率λ(t)曲线,并计算寿命期内的可靠度。     

考虑参数随机分布特性的碰摩转子动力学与可靠性

对改进型Jeffcott转子/定子系统,考虑其参数随机分布特性的影响,将稳定性分析与可靠性分析相结合,推导了碰摩转子的可靠度计算公式并使用FORM(1阶可能性方法)和CMC(Crude-Monte-Carlo)法计算其可靠度进而确定了可靠度要求为0.95时的碰摩问题边界.在分析各参数对转子稳态响应、安全域边界以及参数灵敏度影响的基础上,就一般的转子/定子系统碰摩问题给出了在摩擦因数、转速和间隙三参数下的解空间,即求出工程中对应可靠度要求的安全域与失效域.     

α-l型区间可靠性分析方法及其工程应用

在区间非概率可靠性模型的基础上,以区间长度l和区间下限α为结构系统变量的输入参数,重新定义了一种新的可靠性指标,分析得到了这种可靠性分析方法的判定依据;在此基础上,在线性和非线性条件下讨论了结构可靠度的计算方法.以某型飞机防冰引气管结构为例,进一步探讨了所提方法在共振可靠性分析当中的工程应用.     

一种结构可靠性的数值计算方法

应力—强度干涉法是结构可靠度计算的基础,然而在结构疲劳可靠度计算时材料的等寿命强度很难求得。根据模糊概率积分法,给出了一种利用蒙特卡洛抽样直接求解结构可靠度的数值计算方法,经过数值试验表明,该算法简单、有效,而且实施过程简单,容易为工程计算所采用,具有一定的应用价值。      

模糊随机可靠性灵敏度分析方法

 依据模糊随机可靠性灵敏度的基本概念,提出了模糊随机可靠性灵敏度分析的通用数字模拟法,推导了模糊随机可靠性灵敏度数字模拟解的方差和变异系数的计算公式。当模糊变量的隶属函数为正态型时,可以将模糊随机可靠性灵敏度转化为随机可靠性灵敏度,并利用复合函数求导法则求解模糊随机失效概率对正态型隶属函数分布参数的灵敏度。对于工程中常用的对称三角型隶属函数,提出了两种近似等价正态化变换基础上的模糊随机可靠性灵敏度分析方法,这两种将对称三角型隶属函数近似等价为正态型的方法分别是“3σ规则”法和“最大最小”法。算例结果表明：由于“最大最小”法比“3σ规则”法所得的等价正态隶属函数能在形状上更好地近似对称三角型隶属函数,因而“最大最小”变换法更适用于对称三角型隶属函数情况下模糊随机可靠性灵敏度的近似计算。     

齿轮弯曲疲劳强度可靠性分析的新方法

以三参数可靠性分析模型为基础, 结合随机有限元法与齿轮的疲劳强度理论, 提出了一种计算齿根弯曲疲劳强度的新方法。该方法考虑了影响齿轮可靠性的随机因素, 如载荷、材料性能参数和刀具齿顶圆弧半径等, 从而使得全面、合乎实际地对齿轮疲劳强度的可靠性预测成为可能。计算分析表明, 刀具齿轮圆弧半径对齿轮弯曲疲劳强度可靠性的影响不能予以忽略。文中还讨论了其它随机因素以及齿轮的变位系数对齿轮可靠性的影响。      

结构刚度可靠性分析方法

提出了结构刚度可靠性的分析方法,引入了刚度可靠性分析中相对重要度的概念,建立了以相对重要度来确定主要变量的准则,同时对极限状态方程的形式以及如何确定极限状态方程插值点进行了研究,形成了一般工程设计情况下和特殊情况下结构刚度可靠性分析的通用方法,并且这种方法可以推广到结构强度的可靠性分析。     

结构可靠性分析的模糊概率积分法

针对传统应力-强度干涉法计算结构可靠度时求解材料疲劳强度分布困难的情况,提出了一种利用模糊概率理论直接求解结构可靠度的算法——模糊概率积分法。对该方法进行了理论推导;同时考虑到方法应用过程中可能出现方程重积分困难的情况,又给出了以该方法为基础的数值抽样技术,用以计算结构可靠度的近似值。最后给出一个在航空发动机上的应用算例,计算结果表明该方法快速、有效,适合于工程应用。     

采用多级优化技术进行复合材料结构可靠性优化设计

在可靠性基础上将结构体系可靠性优化设计方法发展至复合材料结构,并采有多级优化技术提出了复合材料结构可靠性优化设计方法。系统级优化以结构总重最小为目标函数,以满足结构体系可靠性指标要求为约束条件;元件级优化以元件可靠度最大为目标函数,以层板或元件重量在一次迭代中保持不变为约束条件,从而导出了相应的优化准则和迭代式。算例表明该方法的效率高、收敛性好,能推广应用于大型复合材料结构。