基于多重动态子结构法的大型复杂结构动力分析技术

针对传统动力学分析方法无法有效地解决大型复杂工程结构动力问题的局限性,引入了一套适用于复杂大系统结构建模分析的新技术—多重动态子结构法。详细论述了多重多级动态子结构基础理论,介绍了采用多重动态子结构技术进行动力建模分析的工程实现方法,并开展了该方法在某大型四机并联液体火箭发动机中的应用研究。研究结果表明:仿真分析的前六阶模态与试验值吻合较好,模态频率的相对误差小于5%,模态置信因子MAC≥0.9,该动力分析方法可准确预示发动机结构的动力学特性;相比整体有限元分析方法及传统(单级)子结构法,其建模、求解效率得到大幅度提高;验证了多重动态子结构法是研究大型复杂结构动力问题的一种有效方法。     

基于子结构消元法的柔性结构主动控制的研究

由结构动力系统的微分方程出发,建立了主动控制的数学模型,在计算结构力学与最优控制模拟关系的基础上,采用结构力学中的子结构消元法和混合能概念建立了一套时段消元公式,进而对Riccati代数方程进行了有效的求解,从而给出了一套柔性结构主动控制的研究方法。     

基于非结构网格流场计算的网格重排序

提出基于非结构网格流场计算时的网格重排序,优化了网格信息在内存中的存贮位置,使得计算过程中调用数据的处理速度加快,有效提高了计算效率。以M6机翼及DLR-F4翼身组合体的跨音速无粘流场为算例,分别通过显式四步龙格-库塔推进格式和隐式LU-SGS推进格式来验证网格重排序后对计算效率的提高作用。原始网格均用Delaunay方法生长,并分别使用了两种重排序方法进行比较。计算结果表明:重排序后的计算效率可以提高到未排序时的3到5倍,很具实用价值。     

求解循环对称结构的伪单元法

 对于循环对称结构的求解,在引入循环对称条件时,需对有限元总刚进行行变换和列变换,这将改变总刚的带宽和非零元素的位置。本文提出了求解循环对称结构的伪单元法,用三种伪单元实现上述各变换项的改变量,无需形成完整的总刚矩阵,从而大大地提高了计算机的解题能力。文中用算例进行了说明。     

大型工程结构的有限元动力模型优化法

研究以振动试验测得的飞机结构固有频率为目标值的有限元动力模型的优化问题。应用了一种单元组合法,该方法基于动力平衡方程以及正交性。通过修改质量矩阵的元素来优化,使计算出的固有频率与试验测得的频率值基本一致,并成功地应用于无人机水平尾翼模型上,效果良好     

基于子结构法与损伤识别的周期性结构脆性断裂相场模拟

相场断裂模型将裂纹近似描述为全局弥散标量场,通过求解偏微分方程模拟裂纹的成核与扩展,避免了不连续位移场中对裂纹几何形状描述和裂纹尖端追踪的难题;在处理裂纹分叉、多裂纹、非均质材料和三维等复杂断裂模拟问题时具有显著的优势。然而,相场断裂模型需要在裂纹附近进行精细化的有限元网格剖分,计算规模庞大,因此,对计算能力提出了极高的挑战。基于子结构法和损伤识别,发展了一种适用于周期性结构脆性断裂的高效相场模拟方法。首先,根据周期性特征对结构进行分区并对子域内部节点进行子结构静态凝聚,降低有限元模型位移响应的维数;然后,根据离线(Off-line)子域典型测试工况标定弹性应变能阈值,在线(On-line)断裂模拟过程中仅对阈值以上子域的内部位移和断裂相场进行解耦分析。一方面,利用结构的周期性特征,通过子结构静态凝聚降低计算规模;另一方面,根据能量阈值损伤识别,避免非裂纹扩展子域的重复计算消耗。     

基于数值模拟的气动载荷计算方法研究

飞机气动载荷的获取一般要根据多项实验结果,经过飞行参数的仿真模拟,实验结果的处理等过程才能获得,而在飞机的初步设计阶段不可能进行大量的实验,但需要计算飞机的载荷和寿命.本文提出了一种利用数值模拟来确定基本气动载荷的方法,对于偏副翼的情况,用工程计算方法获得偏转引起的附加量,加到基本气动载荷上得到偏副翼时的气动载荷,该方法已用于某飞机型号设计.     

组合结构动力学分析的改进完备基自由界面法

为了适合型号研制和改进改型的结构修改动力学验证、分析需求,将组合结构分析方法引入到直升机的动力学试验和有限元计算中,利用各部件的地面模态试验结果“装配”出组合部件,甚至整机的动力学模型,这在节省研制经费,缩短研制周期上具有十分现实的意义。本文对子结构构建整体模型的组合结构分析方法进行了初步探讨,通过引入完备模态基改进了传统算法,对几种算法进行算例分析的结果表明:引入完备模态基改进的自由界面法大大提高了计算的精度和能力,同时,由于其输入的子结构试验模态可以是非完备的,从而使得其工程应用成为可能。     

基于自适应随机抽样敏度分析的双向渐进结构优化方法

为了解决周期循环结构拓扑优化难题,在传统的双向渐进结构优化方法(BESO)的基础上,引入了一种自适应参数策略和随机抽样的方法,提出了基于自适应随机抽样敏度分析的双向渐进结构优化方法,该方法同样适用于非周期结构.以该方法为基础,对Michell桁架结构进行了拓扑优化设计,得到了与理论解一致的结构,并且相对初始结构质量减少了71.5%,说明了所提方法的正确性.基于此方法对多辐板风扇盘进行了结构拓扑优化设计,得到了三辐板风扇盘结构,相比同等设计条件下的参考风扇盘质量减少了17.12%,进一步说明了此方法具有处理复杂周期循环结构拓扑优化设计问题的能力,另外此方法克服了传统双向渐进结构优化方法中容易产生的振荡问题.      

基于大型飞机产品分解结构的工作分解结构编制方法研究

为了建立一个大型飞机基础性的项目范围管理工具,清晰地描述大型飞机项目的工作范围,为研制计划、经费、组织管理奠定基础,对大型飞机产品分解结构和工作分解结构的内涵进行了分析,对工作分解结构的建立模式进行了比较分析,提出了基于产品分解结构的工作分解结构框架构建、编码规则、单元明细表、工作单元说明建立和编制的方法和流程,分析了工作分解结构在研制计划编制和组织分解结构中的应用。     

基于DBN效能拟合的舰艇编队作战效能敏感性分析

针对传统的舰艇编队作战效能分析方法中存在的对数据利用不充分、对数据完整性要求较高的问题,提出了基于深度学习的效能拟合方法。从最具有代表性的敏感性分析方法Sobol指数法入手,利用深度学习方法优越的特征学习能力,基于深度信念网络（DBN）构建了效能拟合网络,结合无监督预训练和有监督调优实现了网络训练和参数优化,构建出效能拟合模型。将产生的数据应用于效能分析模型并与完全数据条件下的效能分析结果进行对比,验证了所提出的效能拟合模型对于不完全数据下的作战系统敏感性分析的有效性。