多工况载荷下航空发动机支架拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到航空发动机外部支撑结构(例如附件支架)设计中,以多工况下的总柔度为目标函数,以体积为约束函数对某发动机支架进行基于拓扑优化的结构设计。根据发动机机匣与附件的相对位置关系建立支架初始模型,开展发动机外部支架结构受力分析研究,建立了基于多工况载荷下拓扑优化和考虑强度影响的尺寸优化相结合的发动机外部支撑结构设计方法,并对最终支架结构进行强度、振动、外廓性校核评估。结果表明：最终模型最大应力出现在工况3情况下,最大主应力为345 MPa低于材料疲劳极限;支架的第1阶固有频率在发动机最高转速频率的125倍以上。采用该方法对某发动机外部支撑结构进行拓扑优化设计,在满足强度、振动和外廓要求的前提下,最终模型质量仅为初始模型的73%。基于多工况的优化结果更符合发动机实际工作需求,该方法研究具有工程应用前景。     

航空电子设备安装支架的刚度与频率优化设计

航空电子设备用于飞行中的数据采集,通常使用安装支架固定于机头雷达罩,研究安装支架的刚度和一阶频率性能,避免设备支架在飞行过程中出现塑性变形和共振现象,对提高飞行稳定性具有重要的工程意义。在惯性载荷下对安装支架进行静强度和模态分析,采用一种灵敏度分析方法确定安装支架的设计变量,以结构总质量最小为优化目标,在保证安装支架的刚度和一阶模态性能的前提下对支架各个构件的厚度进行优化设计,并对优化后的安装支架结构进行振动试验。结果表明：优化后的安装支架结构刚度基本保持不变,一阶频率提高了18.09%,质量减少了19.33%,改进设计满足设备安装要求。     

多工况下的发动机支架拓扑优化设计

为综合考虑航空发动机支架的各性能指标,提高支架结构的设计质量并实现轻量化,进行了结构拓扑优化方法在发动机附件支架设计中的应用研究。以某油滤支架为例,根据该油滤附件与其相邻结构的相对空间位置关系建立支架的初始模型,基于HyperWorks软件平台,在工况分析及载荷简化的基础上,以总柔度为目标函数,采用加权折衷规划法建立了多工况下的支架结构拓扑优化的数学模型,并对比了优化前后支架的应力、位移、固有频率和质量。结果表明：在静强度储备相当的基础上,优化后支架质量减轻了23%,结构刚度整体上提高了30%以上,且第1阶固有频率提高了62%,减轻支架质量的同时提高了结构性能,可为发动机类似结构的优化设计提供一定的参考。     

车载摄像稳定平台隔振系统优化研究

建立了车载摄像稳定平台结构的有限元模型,针对平台的工作环境采用模 态叠加法对平台的隔振系统进行了仿真,得到了特定路面环境下减振器刚度和阻尼对平 台系统的影响。并根据仿真结果对平台结构方案进行了优化,为车载摄像稳定平台下一 步研究提供依据。     

短切玻璃纤维增强聚醚醚酮承力支架研制

为加工某航天器高性能承力支架零件,本文对不同玻璃纤维含量的短切玻璃纤维增强聚醚醚酮(SGF/PEEK)的力学性能进行了分析,利用Moldflow分析软件对承力支架注塑模具、注塑工艺参数进行了优化。结果表明,30wt%的SGF/PEEK作为承力支架材料时力学性能最优,模流分析有效预测注塑过程,改善主流道及二级流道尺寸可有效提升保压效果,保压压力和模具温度对承力支架翘曲变形的影响最为显著,得出一组优化的工艺参数,采用该参数成型的零件已成功应用于某航天器燃料贮箱中并通过了飞行考核。     

基于结构优化方法的气瓶支架轻量化设计

针对某卫星平台气瓶支架材料利用率低且生产与装配工艺复杂的问题,基于结构优化与分析方法设计了一种轻量化且构型简单的金属材料气瓶支架。首先,通过分析气瓶装配关系及其相关的载荷与边界条件,确定支架结构的设计空间,基于变密度法寻找支撑结构中最佳传力路径;其次,创建支架基本几何模型并利用尺寸优化技术得到最佳的结构特征尺寸;再次,形成详细的结构设计方案并进行支架刚度、强度与稳定性等多种力学性能分析;最后,通过模态试验测试支架的实际刚度性能,试验测试结果与预测结果吻合较好,验证了力学分析的准确性以及设计方案的合理性。应用该方法设计的支架实现了17%的结构减重,新方案不但满足气瓶支撑系统星上使用要求,而且简化了支架生产与装配工艺,为同类结构设计提供了一种有效的技术途径。     

基于拓扑优化的航空发动机滑油箱支架设计

支架是航空发动机滑油箱组件中的重要部件,用于连接和固定滑油箱组件中的箍带.但现有支架设计会引起与之相连的箍带承受偏心拉力,导致结构应力水平偏高进而发生疲劳破坏.本文提出了一种考虑结构局部刚度的拓扑优化方法,能够在提升支架整体刚度的同时兼顾局部刚度,使支架的刚度分布更加合理,进而显著降低与之相连的箍带的应力水平.利用该优...     

航天器发动机推力支架桁架结构的有限元分析与优化设计

对某航天器上的推力支架结构和承载状态进行了分析，设计了一系列桁架结构，以碳纤维／环氧复合材料管件作为桁架结构的组成构件，采用有限元分析软件Ansys7．0对桁架结构的尺寸进行了优化，并优选出桁架质量和载荷相同条件下承载性能最好的桁架结构形式。     

基于频域分析方法的随机振动疲劳损伤研究

本文对车载电子设备进行了随机振动和疲劳损伤分析,采用频域方法分析了电子设备故障机理并对其使用寿命进行了预估。结合某车载电子产品振动试验及出现的问题,很好地验证了本文方法的有效性。建立了电子设备振动疲劳特性设计优化流程,为实现电子设备优化设计,降低研制成本提供了参考。     

层级优化技术与壁板结构优化研究

为了实现结构优化设计中形状、位置、尺寸等设计变量的解耦,在对现有优化理论及算法分析的基础上,介绍了广义层级优化技术的思路并分析了其优缺点,并基于广义层级优化的思想,提出了基于模型的狭义层级优化技术。对PCL语言参数化自动建模技术进行研究,并结合复杂加筋壁板类结构层级优化算例对狭义层级优化技术进行了验证,优化后减重效果明显。优化过程及结果表明层级优化技术可行,具有工程使用价值。     

EWIS支架装配变形及其承载分析

民用飞机EWIS系统支架遍布全机,在空间狭小的区域,考虑到装配和维修的要求,需采用单侧安装工艺,若支架装配时未固定好或操作不当,会导致支架承受安装力矩载荷,使支架结构产生塑性变形和残余应力,严重的会导致支架破坏。为了分析EWIS支架在安装力矩下的应力和变形情况,采用ABAQUS对典型标准支架进行有限元分析,考虑材料的非线性特性,得到了支架在不同安装力矩下的变形和应力情况,并对塑性变形后的支架继续承载进行了分析,对比分析支架塑性变形前后承载的应力,得出了变形对承载的影响。采用非线性有限元分析方法可对支架安装力矩的作用进行模拟,并计算结构产生塑性变形后承载的应力水平,为民用飞机EWIS支架的装配过程和塑性变形后的承载分析提供参考。     

非车载充电机仿真建模

在阐述电动汽车非车载充电机的基本结构的基础上,根据非车载充电机的基本原理,针对不可控整流型非车载充电机,分析高频隔离式DC/DC变换器和充电机的控制电路,在Matlab-Simulink的平台上进行建模,对相关参数进行仿真,并对其注入电网和输出充电的电能进行评估。     

基于车载用燃料电池直流变换器的研究及应用

通过对燃料电池的特性及碳化硅(SiC)功率器件分析,研究适合车载用的高效率和高可靠性的燃料电池专用Boost变换器。通过对变换器的拓扑结构的优化、效率的提升及控制方法改进等方面研究,设计了一款电压变换比大的适合燃料电池运行要求的高效及可靠运行的变换器。试验样机测试证明,该变换器具有良好的动态和稳态控制特性、效率高,可实现燃料电池的稳定输出运行,有效保护了燃料电池,进一步延长了燃料电池寿命。     

机翼后缘柔性支撑结构的拓扑优化

针对机翼后缘柔性支撑结构的多目标拓扑优化问题,分析了柔性支撑结构的优化目标及目标函数,并采用位矩阵表示机翼后缘柔性支撑结构,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该优化问题进行了求解。在优化过程中,引入连通性分析和相似个体过滤,借助ANSYS对可行个体进行有限元分析(FEA),获得了结构质量、变形性能和承载能力等目标值。通过MATLAB对违约个体进行惩罚,实现了位矩阵表示的NSGA-Ⅱ,得到了一组互不支配的机翼后缘柔性支撑优化结构,可根据实际需求选择这些相应的拓扑结构。结果表明,本方法可为机翼后缘柔性支撑结构的拓扑优化提供可行、有效的解。     

多学科设计优化算法及其在飞行器设计中应用

多学科设计优化(MDO)算法是复杂系统设计优化的策略。对现有的各种MDO算法及其在飞机设计中应用状况进行分析、归纳和评述。内容包括:MDO问题的表述及其有关术语;MDO算法的任务;现有的MDO算法及其应用。     

连接器支架结构优化设计分析

某型连接器支架普遍出现断裂现象,经判断原因是动强度设计不合理,在振动载荷作用下发生疲劳破坏,为了确保支架不出现结构损伤,保证飞行安全,需要进行结构优化设计分析。基于克希霍夫理论,采用有限元分析手段,通过改变厚度、材料与结构形式的方法,对支架进行模态分析与随机响应分析,最终得到了在满足动强度设计要求的情况下质量最轻的支架。根据分析结果总结了一种结构优化设计分析的流程:先改结构形式,用相对系数判断优劣;再选疲劳性能好的材料;最后选择合适的厚度。该流程在本文中得到有效实施,可在今后用于相似结构的优化设计分析。     

航空发动机滑油箱支架断裂故障分析

针对某型航空发动机整机试车过程中多次发生的滑油箱支架断裂故障,对支架故障件进行了断口分析、装配状态结构位移测量、强度分析、振动应力分析,结果表明：由于滑油箱支架是双吊耳悬臂结构,在对滑油箱箍带施加拧紧力矩过程中,滑油箱支架双吊耳会产生明显的不协调变形,导致支架单侧吊耳由于偏载承受了较大的附加装配应力,随发动机工作时支架单侧吊耳综合应力增大,从而在吊耳应力集中位置发生高周疲劳断裂。通过将支架结构改为跨安装边的桥型连接结构,并用带球头螺母的双头螺杆将其与箍带进行连接,在滑油箱安装过程中保证支撑结构具有一定的长度和角度补偿能力,经强度分析、振动应力测量和发动机长久试车验证,滑油箱支架未再发生相同故障,表明改进方案可靠有效。     

金属次加筋结构的单轴压载稳定性优化

针对在新型制造技术背景下的航空轻量化结构发展,提出了次级加筋结构3种可能的形式,并对金属次加筋结构的稳定性问题进行了数值计算与优化研究。基于多学科优化软件ModelCenter与有限元(FEM)软件ABAQUS建立了金属次加筋结构优化设计的软件框架,利用粒子群优化(PSO)算法对各形式下次加筋结构的参数配置进行优化。分析了各形式的优化结构在单轴压载作用下,次加筋板对传统加筋板临界屈曲载荷以及极限承载能力的增益效果。结果表明,引入次加筋结构使传统加筋板的稳定性能与极限承载能力提升明显,对于适应新制造技术的航空轻量化结构设计有一定参考价值。     

基于模型预测控制的永磁同步电机电流控制技术综述

永磁同步电机(PMSM)驱动控制技术的性能直接决定着整个电机驱动系统的性能。由于模型预测控制(MPC)技术可以对多输入多输出(MIMO)系统进行滚动优化控制,且容易施加约束,因此基于MPC的电机驱动技术正逐渐受到关注。回顾并总结了近年来国内外学者在基于MPC的PMSM电流控制方面所做的研究,并对现有技术中的基于单矢量、双矢量以及三矢量的电流控制技术进行了建模并进行了电流输出波形分析。最后综合比较了现有技术的优缺点,并讨论了现有技术尚存的一些问题和未来发展的主要方向。     

优化设计技术在民机结构设计中的应用

基于HyperWorks结构优化设计软件,对某型民用飞机平尾后缘舱铰链支架进行优化设计,在给定的边界条件下通过拓扑优化技术寻找出在优化空间内的最体材料布局,介绍了优化设计技术在飞机结构设计技术中的应用,探讨拓扑优化、尺寸优化、形状优化在飞机结构件设计技术中的应用。