Geometry and size optimization of stiffener layout for three-dimensional box structures with maximization of natural frequencies

Based on the growth mechanism of natural biological branching systems and inspiration from the morphology of plant root tips, a bionic design method called Improved Adaptive Growth Method (IAGM) has been proposed in the authors’ previous research and successfully applied to the reinforcement optimization of three-dimensional box structures with respect to natural frequencies. However, as a kind of ground structure methods, the final layout patterns of stiffeners obtained by using the IAGM are highly subjected to their ground structures, which restricts the optimization effect and freedom to further improve the dynamic performance of structures. To solve this problem, a novel post-processing geometry and size optimization approach is proposed in this article. This method takes the former layout optimization result as start, and iteratively finds the optimal layout angles, locations, and lengths of stiffeners with a few design variables by optimizing the positions of some specific node lines called active node lines. At the same time, thicknesses of stiffeners are also optimized to further improve natural frequencies of three-dimensional box structures. Using this method, stiffeners can be successfully separated from their ground structures and further effectively improve natural frequencies of three-dimensional box structures with less material consumption. Typical numerical examples are illustrated to validate the effectiveness and advantages of the suggested method.     

涡轮机匣热辐射-对流耦合换热特性数值计算与实验测试

开展了整环机匣的热辐射-对流耦合计算,获得了综合传热系数拟合关系式,并进行了实验测试验证。研究发现：封闭腔内,热辐射的存在大幅强化了壁面换热,辐射热流占总换热量比值可达90%以上。在3层机匣结构中,当发射率在0.3~0.8变化时,机匣沿径向方向上的温度梯度减小,主流区域的对流换热得到加强,半封闭区域对流强度降低。发射率为0.8时,外机匣流体侧壁面的辐射热流占总换热量的33.3%。     

悬臂边界下纤维增强复合薄板固有频率计算及验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有频率进行了计算及验证.首先,针对纤维增强复合薄板的结构特点,考虑了纤维方向的影响,对其进行了理论建模.然后,基于正交多项式法来表示振型函数,并通过Ritz法对该类型复合薄板的固有频率进行求解.最后,搭建了该类型复合薄板结构的固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂基复合薄板为例,对其固有频率进行了测试.验证结果表明:基于正交多项式法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的相对误差在2.2%~9.7%之间,进而验证了所提出的固有频率计算方法的正确性.      

某型航空发动机双转子系统动态特性分析

为了更好地了解和掌握航空发动机固有的振动特性,运用三维建模软件Catia对某型航空发动机双转子系统进行三维实体建模,并将其导入到ANSYS Workbench中对该模型进行模态分析。提取了前6阶固有频率和振型,并对仿真结果进行了分析。研究可为该型航空发动机的优化运行及其双转子结构优化设计提供参考和依据。     

基于准零刚度技术的微重力模拟悬吊装置设计与试验研究

微重力地面模拟试验对验证航天器在轨运行的可靠性有重要意义。通常采用低刚度悬吊装置模拟微重力环境,但存在着承载能力低和自振干扰的问题。为解决这些问题,文章提出了一种考虑弹簧自振的准零刚度悬吊装置。首先,通过合理简化推导了承载弹簧在装置中的自振频率计算式,并分析了准零刚度悬吊装置的工作原理,得出设计参数应满足的条件。然后,根据试验承载需求和位移要求提出了参数设计流程,依此流程设计得到了一种可调节平衡位置与几何参数的准零刚度悬吊装置。最后,对装置进行了静力测试与悬吊-隔振试验,结果表明,该装置不仅具有准零刚度特性和较大承载能力,而且解决了自振干扰的问题,能较好地模拟微重力环境。     

超临界自然层流机翼设计及基于TSP技术的边界层转捩风洞试验

为了实现绿色航空节能减排的目标，层流设计技术成为飞行器设计者的研究热点。对于跨声速客机而言，超临界自然层流机翼设计技术将显著减小飞行阻力，提升气动性能，减少燃油消耗和污染物排放。首先，基于高精度边界层转捩预测技术耦合翼型优化设计系统，实现超临界自然层流翼型设计；经过合理的翼型配置，形成超临界自然层流机翼。转捩数值模拟分析结果表明，超临界自然层流机翼的层流流动特性良好。然后，以比例为1：10.4的试验模型在荷兰高速低湍流度风洞进行边界层转捩风洞试验，使用温度敏感材料涂层（TSP）技术拍照获得机翼表面在不同马赫数、雷诺数和迎角工况下的层流-湍流分布。最后，通过超临界自然层流机翼边界层转捩试验结果，探讨了该类型机翼的转捩特性随来流参数的变化规律，总结了超临界自然层流机翼设计的关键因素。此外，该模型也可用来验证边界层转捩预测技术在超临界、高雷诺数工况下的预测精度。     

基于混合集合规划的机位分配约束规划模型

为解决现有数学规划方法只能简单描述停机位分配问题而且不能全局搜索最优解的问题,应用混合集合规划方法进行数据建模和逻辑建模,并设计切实可行的求解策略,从而实现全局搜索最优解。对典型实例进行了计算及对比分析,混合集合规划方法能够得出全局最优解,并且最优分配结果的优化目标提升了2%。结果表明,基于混合集合规划的约束规划模型有效可行。     

2195铝锂合金应力松弛时效成形工艺制度

以2195-T8态铝锂合金为研究对象,探究工艺参数对其应力松弛时效行为的影响规律。试样经过固溶、淬火,进行不同预变形、时效温度及时效时间条件下的应力松弛时效实验。通过室温拉伸,测得应力松弛时效后试样的力学性能。基于正交试验的极差分析和方差分析,探究了预变形、时效温度和时效时间3个工艺参数对应力松弛量、屈服强度和延伸率的影响权重占比;进一步研究发现预变形不仅可以提高2195铝锂合金时效后的强度,还降低了应力梯度对材料力学性能不均匀性的影响;查明了实现2195铝锂合金应力松弛时效形性协同制造的合理工艺制度:180℃+4%预变形+时效时间12～16 h。研究工作为大型铝锂合金构件应力松弛时效形性协同制造工艺窗口的确定提供了重要支撑。     

Ni18%和0Cr15Ni5Cu2Ti异种钢材电子束焊接工艺试验研究

对Ni18%和0Cr15Ni5Cu2Ti超高强度马氏体沉淀硬化不锈钢异种钢材之间进行了电子束焊接工艺试验,就其工艺可焊性及接头性能、金相组织、焊缝质量、力学性能等开展研究,采用X-探伤、静载强度、金相观察、电镜扫描和能谱分析等检测手段对试件进行了分析并得出了相应结论。