面向增材制造的飞行器结构优化设计关键问题

围绕飞行器复杂结构整体构型研制的高性能、轻量化苛刻需求,着重介绍了面向增材制造的结构优化设计面临的系列关键问题以及相关研究成果。分别从面向增材制造的结构多承载环节整体优化建模与性能分析、整体结构多学科性能与功能综合设计方法、跨尺度结构-微结构性能表征与尺度效应的影响机理,以及增材制造工艺对整体结构件性能的影响机理和制造工艺约束4个方面,阐述如何从结构力学与工艺力学角度科学实现最优性能设计与先进增材制造技术的完美匹配与融合。     

叶片参数化有限元建模与罩量优化设计

基于网格变形技术提出了一种叶片参数化有限元建模方法,该方法具有快速实现叶片参数化有限元建模的优点,同时能够在保证叶片有限元网格拓扑形式不变的前提下,有效解决叶片优化设计过程中的网格自动更新问题.在此基础上,结合叶片罩量优化设计的灵敏度分析技术,建立了叶片罩量自动优化一般设计流程,开展了叶片实例优化设计应用研究.优化结果...     

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。     

航空发动机柔性部件结构的热力耦合优化设计技术

<正>先进结构优化设计的发展为发动机复杂结构系统的设计开辟了新的有效途径,满足复杂系统的多准则设计需求与综合性能指标要求,并达到缩短设计周期,降低研制成本特别是试验成本的目的。航空发动机具有其独特的设计特点,是一种集气动、传热、结构、强度、材料等多学科于一体,在有限狭小设计空间内承受高温、高压、高速等苛刻工作载荷条件的复杂精密机械系统,对结构重量、材料、强度、气动性能、可靠性和寿命等均具有极高的要求。纵观国内外航空发动机发展历程与现状,高性能航空发动机的     

飞行器结构系统协同布局优化设计技术

<正>组件子系统的布局和结构构型的协同优化能够有效提高结构系统的力学性能,同时实现结构系统的紧凑性、轻量化目标。新世纪以来,我国航空航天科学与技术日新月异,基于CAE数值仿真和优化设计的现代数字化     

航天器整体式多组件结构拓扑优化设计与应用

<正>本文以航天器多组件结构系统设计为例,介绍了近年来拓扑优化技术在航天器多组件结构系统设计中的工程应用情况,并对其发展前景进行展望。文中选择了国内外两个代表性设计进行了详细分析,以作为具体航空航天多组件结构系统设计的参考和对照。     

简谐力激励下多组件结构系统的整体优化设计

多组件结构系统整体优化设计通过协同优化支撑结构拓扑构型和组件布局来使结构系统的位移响应最小。本文提出通过模态加速度法(MAM)求解多组件结构系统的位移响应,并以位移响应值最小作为优化目标;引入多点约束(MPC)方法模拟组件与设计域间的铆钉或螺栓连接形式;采用有限包络圆法(FCM)来避免组件之间及组件与设计域边界产生干涉。建立了多组件结构系统整体优化问题的数学模型,并对动响应目标函数关于设计变量的灵敏度进行了推导。最后,通过几个算例验证了整体优化方法在简谐力激励下求解问题的可行性及其在实际问题中的有效性。     

面向增材制造的拓扑优化技术发展现状与未来

增材制造技术通过材料逐层打印制备结构,为复杂构件制造提供了新的成形方式。拓扑优化因不依赖于初始构型的选择,可设计出传统理念难以获得的创新构型,已成为航空航天和高端装备领域高性能、轻量化结构设计的重要手段。拓扑优化与增材制造有机融合,充分发挥各自优势和潜力,在现代制造业中展现出广阔应用前景。回顾了近年来关于增材制造与拓扑优化技术融合研究的主要内容和应用成果,包括以材料结构一体化为核心的多尺度/多层级结构优化设计、以设计制造一体化为核心的考虑增材制造工艺约束的优化方法等。同时,也分析了未来研究工作中存在的问题与挑战,如点阵结构性能表征及其尺度关联效应、增材制造材料成形各向异性、功能梯度材料与结构、增材制造材料与结构疲劳特性等对设计方法和成形工艺带来的挑战,为未来相关研究工作和航空航天应用提供参考。     

深空探测人工智能技术研究与展望

面对深空探测远距离、极端环境等带来的一系列挑战,人工智能技术将成为以月球/行星驻留科学探测与资源开发利用为主体的未来深空探测任务的研究重点。在总结分析深空探测人工智能技术发展历程与态势的基础上,分析了深空探测人工智能技术的主要特点,并提出了需重点发展的关键技术。     

重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标...