PDM技术在机械可靠性设计分析中的应用研究

多领域工具集成是复杂产品虚拟样机设计仿真需要解决的技术问题之一.提出了一个面向服务集成、具有良好开放性、基于标准的、即插即用的机械可靠性设计分析多领域工具集成平台,以及基于产品数据管理(PDM)技术的机械可靠性设计分析虚拟样机体系结构.讨论了如何面向模型数据管理实现设计和协同分析过程中CAD/CAE工具与PDM的综合集成.最后,以某空间结构锁系可靠性设计分析为例,简要介绍了基于CAD/CAE工具的机械可靠性一体化设计、分析方案,以及如何采用应用封装技术实现基于PDM的机械产品可靠性协同建模和分析.     

飞行控制系统的快速原型设计

飞行控制系统设计是一个涉及控制、机械、电子和计算机等多个分系统的复杂系统工程,需要进行多学科、多专业的协同设计,虚拟样机技术从建模和仿真分析等多个方面为协同设计提供了技术和方法上的支持,而快速原型设计是基于虚拟样机的,快速生成物理样机的一种技术,可以看作是我国现阶段虚拟样机技术应用的一个廉价快速的替代方案。介绍了快速原型设计的概念,针对飞行控制系统的快速原型设计,讨论了与其有关的设计仿真软件、关键技术和实施方法。     

集成BLISCO和iPMA的多学科可靠性设计优化

为解决传统的基于可靠性的多学科设计优化(RBMDO)由于存在优化过程多层嵌套、多学科分析和可靠性分析反复迭代而导致的低效率问题,提出集成两级集成系统协同优化(BLISCO)策略和改进功能测度法(iPMA)的多学科可靠性设计优化方法。首先,基于序列化思想将多学科可靠性设计优化解耦,避免了每次多学科设计优化(MDO)对完整可靠性分析模型的反复调用与迭代。其次,采用高效的更适合复杂工程组织形式的BLISCO策略进行确定性多学科设计优化,摒弃了协同优化的一致性约束和两级集成系统综合法的复杂分析和近似建模问题,提高了计算效率。然后,基于角度更新策略对功能测度法(PMA)进行改进,采用更新角度替代极限状态函数值进行可靠性分析与判别,减少了多学科可靠性分析次数。最后,结合某机型起落架的缓冲器设计实例对所提方法进行验证,结果表明该方法的计算效率较其他方法分别提高了30.93%和19.97%,验证了方法的有效性,且具有工程实用价值。     

基于Web的复杂产品虚拟样机支撑平台工具集研究与实现

针对复杂产品虚拟样机开发对分布协同、集成、仿真和管理的功能需求,建立了基于Web的分布式虚拟样机支撑平台体系结构,介绍了集成在平台中的系统管理、协同设计和性能仿真工具集,给出了工具集设计与实现方法,并基于J2EE技术开发了软件原型系统。     

空间飞行器对接机构分离的动力学仿真

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,在地面条件下如何实现六自由度对接机构的模拟则是其关键技术之一。本文建立了空间飞行器对接机构在分离过程中的动力学模型,利用MSC.ADAMS/View建立了对接机构的虚拟样机模型并通过动力学仿真得到了系统的动力学响应。最后,结合动力学模型与仿真结果,研究总结了对接机构在重力影响下的姿态变化规律。本文研究为航天器对接与分离时的姿态动力学分析和对接机构的设计优化提供了理论依据。     

MSC.ADAMS虚拟仿真在应急门打开机构中的应用

机构的运动是一个伴随诸多因素的复杂过程,采用常规的解析法无法获得较为准确的求解。为了更加真实地分析机构的运转,在某型号应急门打开机构的研发中引入了MSC.ADAMS多体动力学分析平台。首先基于MSC.ADAMS软件虚拟仿真了应急舱门的打开机构,根据适航条例的要求,确定了打开机构驱动系统性能参数;然后通过在虚拟样机上施加机构随机载荷获得机构件的强度优化载荷输入,依据该载荷为打开机构进行强度优化,为飞机研制提供了一套行之有效的方法。     

开展航空发动机数值仿真研究的探讨

虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法，一种基于产品计算机建模的数值设计方法。本文重点介绍了航空发动机数值仿真与虚拟样机设计，以及推进系统数值仿真的概念设计、工程模型、仿真环境、高性能计算。给出航空发动机数值仿真的研究方法、管理模式和关键技术。     

虚拟样机技术在载人航天发射场中的应用

虚拟样机技术是航天发射场信息化建设、综合维修保障能力提升的重要途径和方法。介绍了载人航天发射场脐带塔等关键设备三维可视化建模、基于有限元法的回转平台结构静动特性分析、电缆摆杆等发射场复杂电气控制设备虚拟仿真与训练系统、脐带塔封闭区温度场建模与评估等虚拟样机技术在发射场4个方面的典型应用情况,系统总结了虚拟样机技术在发射场应用的特点、作用和规律。同时,对虚拟样机技术在未来发射场中的应用作了展望分析。     

LMS Virtual.Lab第11版新功能

LMS Virtual.Lab是一个多学科集成仿真分析平台,应用于机械系统的仿真设计和性能优化,如噪声、振动、系统动力学和疲劳。运用LMS Virtual.Lab可以快速评估各种设计方案,实现在物理样机制造之前进行产品设计优化。     

飞机动力学虚拟样机技术

飞机动力学虚拟样机以研究飞机的动态特性为核心,通过虚拟样机各系统的建模与仿真,在系统开发和运行环境中对飞机的气动特性、控制系统、发动机特性、飞行性能和飞行品质进行分析、评估和研究,支持飞机的需求分析、方案论证、概念设计和初步设计,同时,飞行员可参与在回路中的操纵完成虚拟试飞验证。系统提供分布虚拟战场威胁环境,可在武器平台体系对抗环境中验证和评估飞机的作战效能。利用飞机动力学虚拟样机系统环境还可进行飞机的多学科优化设计。     

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

大膨胀比向心涡轮多学科优化设计及敏感性分析

向心涡轮内部流动复杂,功率密度大且结构限制严,因此,向心涡轮的设计必须考虑到气动、强度、结构等多学科间的耦合问题。采用多学科优化策略是提升向心涡轮气动效率和安全可靠性的一种可行途径。基于向心涡轮结构特点,发展了通用的向心涡轮三维参数化造型方法。耦合多目标优化算法和向心涡轮三维参数化方法,建立了向心涡轮多目标多学科优化设计体系。以频率为约束,以提高总静效率、降低叶根最大应力为优化目标,开展了向心涡轮的多学科优化设计。优化后,在避开所有危险共振频率的前提下,就单一性能指标而言,涡轮级的总静效率最高可提高1.35%,叶根最大当量应力最高可降低12.54%。进一步,对设计空间开展了敏感性分析,揭示了对性能指标影响显著的设计变量,阐明了关键设计变量对性能指标的影响机制。     

涡轮盘低循环疲劳的概率设计

基于涡轮盘结构的低循环疲劳设计流程,将概率设计理念融入设计过程中,提出了涡轮盘低循环疲劳的概率设计流程。首先进行涡轮盘结构的优化分析,其中以确定性设计准则作为约束条件;以优化结构方案为基础,考虑参数的随机性,对涡轮盘低循环疲劳进行可靠性分析;以低循环疲劳寿命的可靠度为概率设计准则,对涡轮盘进行反复的设计和计算验证,通过修改结构尺寸完成涡轮盘低循环疲劳的概率设计。同时,根据灵敏度分析结果,讨论了设计变量的分散性对涡轮盘寿命的影响,为进一步提高结构的可靠性提供了新的研究思路。结果表明,按照概率设计观点确定的涡轮盘结构兼顾性能和可靠性,在满足可靠度的前提下降低涡轮盘的重量。同时该概率设计流程简单方便,易于工程的推广应用。     

Reliability and Sensitivity Analysis of Transonic Flutter Using Improved Line Sampling Technique

The improved line sampling (LS) technique, an effective numerical simulation method, is employed to analyze the probabilistic characteristics and reliability sensitivity of flutter with random structural parameter in transonic flow. The improved LS technique is a novel methodology for reliability and sensitivity analysis of high dimensionality and low probability problem with implicit limit state function, and it does not require any approximating surrogate of the implicit limit state equation. The improved LS is used to estimate the flutter reliability and the sensitivity of a two-dimensional wing, in which some structural properties, such as frequency, parameters of gravity center and mass ratio, are considered as random variables. Computational fluid dynamics (CFD) based unsteady aerodynamic reduced order model (ROM) method is used to construct the aerodynamic state equations. Coupling structural state equations with aerodynamic state equations, the safety margin of flutter is founded by using the critical velocity of flutter. The results show that the improved LS technique can effectively decrease the computational cost in the random uncertainty analysis of flutter. The reliability sensitivity, defined by the partial derivative of the failure probability with respect to the distribution parameter of random variable, can help to identify the important parameters and guide the structural optimization design.     

协同优化在机翼气动／结构一体化设计中初步应用

探讨协同优化方法是否能有效地解决机翼气动 结构一体化设计优化问题。首先对基本的协同优化和基于响应面协同优化二种方法的特点进行了探讨,然后以轻型飞机机翼气动 结构一体化设计为例,着重研究如何用协同优化方法建立机翼气动 结构一体化设计的优化模型。研究结果表明,基本的协同优化算法不能有效地解决该机翼气动 结构一体化优化问题,而基于响应面的协同优化方法在求解这一问题时具有较好的鲁棒性。     

Hybrid uncertainty-based design optimization and its application to hybrid rocket motors for manned lunar landing

Design reliability and robustness are getting increasingly important for the general design of aerospace systems with many inherently uncertain design parameters. This paper presents a hybrid uncertainty-based design optimization (UDO) method developed from probability theory and interval theory. Most of the uncertain design parameters which have sufficient information or experimental data are classified as random variables using probability theory, while the others are defined as interval variables with interval theory. Then a hybrid uncertainty analysis method based on Monte Carlo simulation and Taylor series interval analysis is developed to obtain the uncer-tainty propagation from the design parameters to system responses. Three design optimization strategies, including deterministic design optimization (DDO), probabilistic UDO and hybrid UDO, are applied to the conceptual design of a hybrid rocket motor (HRM) used as the ascent propulsion system in Apollo lunar module. By comparison, the hybrid UDO is a feasible method and can be effectively applied to the general design of aerospace systems.     

大型客机维修成本优化研究

在设计初期通过加强可靠性设计与维修性设计降低大型客机直接维修成本(DMC),是提高大型客机经济性的有效途径。本文建立了基于可靠性设计参数和维修性设计参数的大型客机维修成本模型,采用协同优化方法对可靠性和维修性设计参数进行协同优化,寻求降低维修成本的满意设计参数。通过对维修成本模型中的设计参数的优化,给出了协同优化方法进行复杂的大型客机维修成本设计优化的一般思路。并用大型客机起落架系统的直接维修成本优化算例验证了协同优化算法解决大型客机维修成本优化问题的有效性。     

Optimal design of RTCs in digital circuit fault self-repair based on global signal optimization

Since digital circuits have been widely and thoroughly applied in various fields, electronic systems are increasingly more complicated and require greater reliability. Faults may occur in elec-tronic systems in complicated environments. If immediate field repairs are not made on the faults, elec-tronic systems will not run normally, and this will lead to serious losses. The traditional method for improving system reliability based on redundant fault-tolerant technique has been unable to meet the requirements. Therefore, on the basis of (evolvable hardware)-based and (reparation balance technology)-based electronic circuit fault self-repair strategy proposed in our preliminary work, the optimal design of rectification circuits (RTCs) in electronic circuit fault self-repair based on global sig-nal optimization is deeply researched in this paper. First of all, the basic theory of RTC optimal design based on global signal optimization is proposed. Secondly, relevant considerations and suitable ranges are analyzed. Then, the basic flow of RTC optimal design is researched. Eventually, a typical circuit is selected for simulation verification, and detailed simulated analysis is made on five circumstances that occur during RTC evolution. The simulation results prove that compared with the conventional design method based RTC, the global signal optimization design method based RTC is lower in hardware cost, faster in circuit evolution, higher in convergent precision, and higher in circuit evolution success rate. Therefore, the global signal optimization based RTC optimal design method applied in the elec-tronic circuit fault self-repair technology is proven to be feasible, effective, and advantageous.     

航空发动机套齿动态装配间隙非概率优化设计

为解决航空发动机套齿动态装配间隙的响应问题,在考虑动态变形和参数不确定性的情况下,将1种非概率区间分析方法与Kriging响应面模型及响应面优化方法相结合,对套齿初始装配间隙进行了可靠性优化设计。以某刚性套齿联轴器作为数值算例,在确定性设计的基础上,考虑机械载荷、热载荷、材料参数的分散性,运用区间分析方法得到了动态装配间隙的响应范围,利用非概率可靠性指标对初始装配间隙进行了优化设计。与确定性设计相比,优化设计提高了结构的可靠性;与概率设计相比,优化设计降低了对不确定参数的信息要求。验证了非概率方法解决装配对象不确定性结构响应问题的可行性与适用性。