弯管成形理论和技术研究进展与发展趋势(英文)

As one kind of key components with enormous quantities and diversities,the bent tube parts satisfy the increasing needs for lightweight and high-strength product from both materials and structure aspec...  

通过预成形降低内高压成形压力的机理分析

采用力学分析和有限元模拟对空心零件圆角部位在内高压成形过程中的应力分布和变形机理进行了分析,针对多边形截面空心件内高压成形,以矩形截面为例提出采用花瓣形预成形截面降低圆角成形压力的方法,分析了该方法降低圆角成形压力的机理,提出了花瓣形预成形截面形状关键参数计算公式,并通过试验进行了验证,为采用较低压力实现空心构件圆角内高压成形提供了理论指导.  

实现结构轻量化的新型平流层飞艇研究进展

 平流层飞艇具有极高的实用价值，是国内外临近空间开发的研究热点。和中低空常规飞艇相比，由于单位体积所提供的浮力大大降低，使得平流层飞艇设计时存在艇体体积、阻力和重量之间的循环关系，飞艇结构轻量化成为平流层飞艇研发的首要课题，受到了各国研究机构的高度重视。本文对目前实现平流层飞艇结构轻量化的主要方法和技术进行了整理，给出了利用这些方法实现结构轻量化的平流层飞艇研究进展，比较了这些方法的优势和不足，并对新型的平流层展开飞艇技术进行了分析。分析结果认为改进蒙皮材料性能、改变飞艇的结构形式和利用新型的空中展开飞艇将是平流层飞艇实现结构轻量化的主要手段，新型空中展开飞艇能够有效地实现结构轻量化，具备较好的发展潜力。  

基于蜻蜓膜翅结构的飞机加强框的仿生设计

 由于机动性和能耗的要求，飞机设计过程当中轻量化设计是十分重要的。经过亿万年的进化，在承受自身重量及生长环境的载荷过程中，生物体获得了适应环境的最优结构。通过分析蜻蜓膜翅和飞机机身加强框的结构相似性，提取决定蜻蜓膜翅结构优良力学性能的结构特征，将其应用到飞机机身加强框的设计当中，并用有限元工具验证了结构的优化效果。在同样的承载条件下，仿生型结构的比刚度比原型结构提高了2%~6%，比强度提高了1%~8%。同时，仿生型结构的最大应力减小，而最小应力明显增大，因此其应力分布更加均匀，从而体现了仿生结构件材料的优化分布和最大效能。  

一种基于热管理的热端部件轻量化研究

基于对航空发动机使用热管理的思路,采用单向流固耦合(fluid structure interaction,FSI)算法,在等冷气耗量条件下,对旋转轮盘内应力水平与其盘心开槽加热及轻量化的关联性进行了计算研究.在转速为10 000r/min,盘腔冷却空气进出口边界条件、盘内外缘加热热流密度均保持不变的条件下,借鉴双辐板盘的拓扑结构,在盘心开不同大小的加热槽,研究盘内等效应力水平随盘心加热槽结构变化的规律.结果表明:通过盘心开槽加热方式,可以得到盘内温度场的U型分布,盘内应力水平得以有效降低,说明了盘内应力水平与盘心开槽加热的方式和大小存在着较强的关联性,在保证航空发动机整体气动性能、涡轮盘性能和使用寿命的前提下,探索通过对涡轮盘的主动热管理,实现对热端部件的显著轻量化是值得预期的.  

压力载荷下的结构拓扑-形状协同优化

 压力载荷作用下的结构轻量化设计是工程中的常见问题，由于压力加载面的可设计性，现有以固定载荷为基础的拓扑优化技术不能很好地处理这类问题。直接采用CAD参数化样条或B样条曲线描述压力加载面，通过拓扑和形状变量的联合优化满足了工程实际对结构轻量化与边界的功能性与光滑性设计要求。同时，为了避免结构边界形状变化时有限元网格刷新引起的定义拓扑伪密度变量的困难，用所提出的背景网格和密度点技术实现了每一步单元密度设计迭代结果的自动传递，并采用网格变形技术实现了形状设计变量灵敏度分析。采用4个数值算例验证了方法的有效性，其中发动机承力框架的设计结果充分说明该方法在航空结构设计中的重要应用价值。  

等强度三维空心叶片的内部拓扑结构

以ANSYS软件为平台基于双向渐进结构优化法对所提出的等强度风扇叶片的内部结构形式进行探索性研究，在对叶片内部结构进行拓扑优化的过程中提出了中面应力基准法，简化了优化模型，同时有针对性的解决了双向渐进结构优化法在应用中的一些技术问题，实现了等强度风扇叶片内部结构的优化获得了内部结构的拓扑形式.所得结果可为发动机轻量化设计提供参考.  

考虑鸟撞的航空发动机叶片动态拓扑优化设计

为了实现航空发动机冷端风扇叶片在考虑鸟撞情况下的轻量化设计,从结构拓扑优化计算的角度出发,对该问题展开深入的研究并提出具体的解决方案。针对叶片优化中存在的优化模型建立,结构动态工况优化,多条件约束并存处理,多工况联合优化等关键问题,进行了理论上的深入分析研究,阐述了结构多约束、多工况动态优化的理论基础,并结合相应的数值计算平台,提出了风扇叶片分步优化计算的方案,对航空发动机叶片进行拓扑优化计算。计算结果显示,最终的叶片轻量化结构满足所有鸟撞与离心载荷多工况的优化约束条件,拓扑结构中材料分布合理,在满足适航条例强度要求的同时质量减少达37.9%,具有一定的实际参考应用价值,同时所提出的动态优化计算方案,在工程结构的动态优化中具有广阔的应用前景。  

基于SCORM标准的航空发动机虚拟、仿真研究

以航空发动机实验课程为例，采用SCORM标准和VRML技术建立了3D航空发动机虚拟仿真实验室，并在Blackboard平台上成功运行。其中详细介绍了3D图形轻量化方法和SCORM数据包的制作。实践证明，该虚拟实验室能实现3D演示、且具有较强的交互性，为学习者提供了良好的教学体验。