复合材料加筋壁板灵敏度分析及优化设计

本文基于面内刚度系数和弯曲刚度系数建立了模拟复合材料层合板的等效刚度法,该方法充分考虑了层合板的面内刚度和弯曲刚度特性,与原始层合板具有相同的面内刚度和弯曲刚度。采用等效刚度法建立复合材料L型加筋壁板的有限元模型,基于二级优化策略对加筋壁板进行了以最小重量为目标的优化设计,其中一级优化是以铺层厚度和弯曲刚度系数为设计变量的重量最小化设计,二级优化则是调整铺层顺序,以满足最优化的弯曲刚度系数。在L型加筋壁板的优化设计中,首先通过实验设计对目标和约束进行了灵敏度分析,然后在此基础上对L型加筋壁板进行了以强度、刚度、稳定性等为约束条件的轻量化设计。     

大迎角机动进气道试验装置有限元分析与优化

为给战斗机进气道的优化设计和性能评估提供试验平台,需要研制一套具有良好静、动态性能的大迎角机动进气道试验装置.介绍了该装置的结构、原理,并以该装置的有限元模型为研究对象,简述了有限元建模中的几何清理、网格划分等过程,对装置的强度、刚度和动态性能进行了有限元分析;阐述了优化设计的理论与方法,用尺寸优化方法对重要部件的厚度进行了优化.计算结果表明:装置的结构满足强度和刚度的要求,动态性能良好;通过尺寸优化,部件转动惯量得到明显减小.     

小卫星一体化星敏支架拓扑优化

针对小卫星薄壁式铸钛一体化星敏支架减重需求,采用拓扑优化方法设计了一种面向3D打印制造的一体化星敏支架,拓扑优化计算时以刚度不低于200 Hz和重量最小化为目标得到了材料分布模型,采用形状优化和形貌优化等手段对材料分布模型进行光顺处理得到了拓扑优化设计后一体化星敏支架。经有限元分析,星敏支架刚度和强度满足要求。选择Ti6Al4V（TC4）激光选区熔化成型工艺加工了样机,验证了拓扑优化的星敏支架的可制造性。拓扑优化的一体化星敏支架重量相比薄壁式结构铸钛一体化星敏支架减重达80%。     

一种典型冲击试验夹具的优化设计

根据冲击试验夹具的设计要求，以夹具几何参数为设计变量，以试件－夹具连接处的期望响应与实际响应差异最小为目标，建立了优化设计的数学模型，同时规定了几何、强度、刚度、体积等约束条件。然后在ANSYS上建立了有限元模型，采用子问题近似方法进行了动力响应优化求解，获得了合理的优化结果。本文的研究为冲击试验夹具的设计提出了一条新思路。     

飞机结构多层次优化设计技术及COMPASS

主要介绍COMPASS的主要功能和关键技术。COMPASS作为一个多学科优化设计软件系统,分全机、翼面和壁板三个层次进行优化,综合满足气动、气弹、强度、刚度、振动稳定性和重量等要求。首先,利用最优准则法(满应力/应变法)处理强度约束获得全机结构的最佳尺寸,并提出了以分层厚度为设计变量、以应变能原理为基础的复合材料二级优化方法;其次,利用数学规划法对翼面结构进行满足刚度、振动、颤振和静弹等要求的多约束优化,并且能够对机翼进行气动弹性剪裁和载荷弹性修正;最后,对加筋壁板进行稳定性分析和优化设计,寻找满足稳定性要求的最佳型材类型和截面尺寸。大量工程应用表明,COMPASS方法准确、技术实用、设计效率高,是飞机结构概念设计和初步设计阶段非常有效的设计手段。     

无人驾驶直升机设计的主要载荷研究

论述无人驾驶直升机设计的主要载荷研究问题。（１）设计规范研究：主要讨论国内外无人直升机尚无设计规范的情况下，载荷问题的处理与应用；（２）静强度载荷研究：通过机体结构强度计算及全机静力试验，论及静载荷下全机的强度与刚度品质；（３）全机振动特性与响应研究：通过机体动力特性计算，动力特性试验及振动水平测试论及全机振动与响应特性；（４）着陆载荷研究：通过撬式起落架功量计算分析，落震试验论及全机着陆载荷特性     

某风洞主体结构的有限元分析

由于某风洞主体结构为典型的薄壁结构,所以在设计阶段必须考虑其静强度、静刚度、动态特性以及支座形式和布置问题。笔者阐述了风洞主体结构的网格划分方法,根据模型简化原则,通过MSC／Patran建立了有限元计算模型;同时,通过CAE软件MSC／Nastran,根据先进的模态计算方法-Lanczos法,对该风洞主体结构进行了有限元分析,获得了静力学以及模态分析结果。结果表明：该风洞主体结构满足静强度与静刚度要求,总体刚度分布合理,模态频率分布良好,但应对部分部件进行进一步优化。     

基于NASTRAN的某复合材料机翼综合优化设计

基于NASTRAN软件,研究了在机翼打样设计阶段考虑颤振约束条件进行结构综合优化设计的方法.气动载荷采用亚音速偶极子格网法计算,颤振分析采用v-g法,优化中以最小质量为设计目标,设计变量为蒙皮铺层参数.对某复合材料后掠翼进行优化设计,设计结果满足静强度和刚度要求,颤振性能大幅度提高,对工程设计具有一定的参考作用.     

基于比例边界有限元的结构强度分析方法研究

航天结构经历复杂严酷的载荷环境，且诸多大传载关键结构存在小尺寸倒角。为有效处理航天结构小尺寸倒角强度评估问题，提高结构应力应变求解精度和计算效率。本文基于比例边界有限元方法对典型小尺寸倒角的航天结构边界进行离散，构建强度计算模型，针对典型结构不同倒角尺寸开展强度分析，得到不同尺寸倒角对局部应力的影响规律，给出局部区域的应力分布，并与光测试验和常规有限元分析结果进行对比。结果表明，与常规有限元方法相比，比例边界有限元方法可以有效减少计算自由度，提高计算效率和计算精度，由于其半解析的特点，可以方便的得到内部域的应力场，为小尺寸倒角航天结构强度评估、寿命预测及优化设计提供有效的分析手段。     

阀门金属平膜片工作应力分析

基于有限元分析软件ABAQUS/Standard建立某保险阀中关键零件平膜片的3D模型,对平膜片在不同运动行程、厚度和安装预偏工况下的应力状态进行了分析,得出影响平膜片应力的主要因素,为阀门产品中平膜片的设计提供了理论指导。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中,冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动,天平输出信号中包含了振动干扰量,可通过动态补偿方法进行改善,但现有方法处理方式单一,精度受限。根据测力系统结构特点,将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型,应用振动理论方法,得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中,考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律,提出了天平"多阶惯性补偿方法",并得到了理论补偿系数;进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法,对该方法进行了仿真验证。结果表明,相比传统方法,该方法有效提高了天平动态性能。     

客车骨架结构有限元分析

研究用有限元法对半承载式客车车身刚度、强度、振动特性进行分析的方法,为设计的正确性提供有价值的理论依据和校核,并以6115型客车为对象进行静力学和振动特性分析。     

正交各向异性圆柱层壳振动和屈曲分析

本文从正交各向异性圆柱层壳的动力和相容方程出发，导出了层壳振动和屈曲的控制微分方程，再用加权残值法进行分析，得支了层壳的振动和屈曲的一般表达式，由此可以求得层壳的自振频率和临界载荷，文中引用算例说明应用，并通过３种不同圆管自振频率的比较，验证了本文所介绍方法的有效性。     

FL-9低速增压风洞主体结构有限元分析与气压试验

FL-9低速增压风洞是"十五"国家批准建设的大型航空基础设施,笔者简要介绍了该风洞基于有限元方法的应力、变形和模态分析,并与风洞气压试验结果进行了对比.结果表明:有限元计算中所采用的单元类型、模型简化、边界约束等处理方法合理可行,应力计算值与实测值比较一致,最大薄膜应力为147.6MPa,低于许用值42.1%,风洞结构具有较大的安全裕度.风洞的前六阶模态分析为风洞安全运行提供了参考依据.     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

面向对象有限元程序的设计及工程应用

在综述面向对象有限元软件研究现状的基础上，主要介绍了作者用ROSE软件工具、采用UML建模语言和C^＋＋语言所编制的面向对象有限元程序（Object-oriented finite element program，OOFEP），对产生的类作了必要的说明，对OOFEP软件框架的建立、程序C^＋＋代码的产生过程作了阐述，最后OOFEP程序进行某型号发动机某级压气机盘的应力应变分析。尽管目前的OOFEP程序的功能有限，但包含在OOFEP之中的面向对象的机制使得它比较容易扩充所需功能而日趋完善。研究工作表明：面向对象方法很适合于进行有限元程序的框架设计和代码编制，所编制的OOFEP程序可以对工程问题进行初步的应力分析计算。     

组合层板在横向载荷作用下的变形特性

用Hellinger-Reissner变分泛涵,对由多层薄板组合而成的组合层板在横向载荷作用下变形的受力特性进行了研究。组合层板的层数是任意的,各层的材料可以相同也可以不同,每层的厚度是均匀的。假设各层间互相接触,且满足滑移条件,用杂交元建立了组合层板的受力模型。根据假设条件导出了位移函数和应力函数多项式。用杂交元对组合层板进行了分析计算,并用实验进行了验证,说明计算理论的正确性。从计算结果看出,在绐定的薄板厚度很薄的情况下,多层板基本上是绕每层板的中性平面弯曲的。在工程应用时,可以按单层板进行计算,不会带来很大的误差。     

旋转圆盘振动的动态有限元法

本文将动态有限元法推广应用于轴对称圆板在旋转状态的振动特性分析,推导出环板元的动态形函数,解决了含贝塞尔函数的疑难积分问题,并建立了单元质量和刚度矩阵以及附加刚度矩阵和一次修正矩阵。文中以算例考核,结果与精确值比较符合。最后作为具体应用实例,分析了圆盘的固有频率随转速的变化情况。     

新型波纹管联轴器的非线性有限元分析

介绍了一种能够用于动力传递的新型方管联轴器，采用大位移非线性有限元法对波纹管联轴器进行了应力分析，并探讨了其强度计算准则，给出了一个设计实例，其结果是令人满意的。