重型发动机S型波纹管承压与变形补偿结构参数敏感特性

我国500 tf级重型液氧煤油补燃循环发动机首次采用泵后摇摆的推力矢量总体布局,其中适用于高温、高压、富氧燃气服役环境的柔性摇摆组件是首先需要攻克的关键技术之一。针对摇摆组件的多层薄壁S型波纹管,为了获取其结构参数对承压能力、摇摆刚度等结构特性的影响,提出了一种基于正交试验设计理论、非线性有限元方法以及数理统计理论的结...     

摇摆框组件的工程优化设计

摇摆框组件是空间摇摆推力系统的重要组件。通过风险评估,对组件进行工程优化,详细规定MCP,再次通过试验论证工程优化后的组件能在现有的加工环境下满足设计的功能要求,并得出了对类似组件的工程优化过程和解决方案。     

遗传算法在多目标干扰中的应用

为了解决多目标干扰中多参数波形优化设计,在标准遗传算法的基础上,对交叉、变异概率做自适应处理,提出一种基于二进制编码的自适应遗传算法。改进后的自适应遗传算法不仅解决了多参数波形优化中需考虑参数过多、高维、无约束条件、无法用常规方法得到理想波形的问题,而且与标准遗传算法以及未做自适应处理的改进遗传算法相比,在算法的收敛性方面和全局搜索方面都有了提高。仿真实验证明该算法的有效性和正确性。     

增强S型波纹管结构耐压强度分析技术

针对某型液体火箭发动机燃料摇摆装置中的增强S型波纹管,采用理论解析和数值仿真技术进行耐压强度分析研究。研究表明:增强S型波纹管耐压强度数值仿真有限元模型必须采用分层波纹管结构型式,简化成单层波纹管模型仿真计算结果误差较大;合理选用波纹管有限元模型的网格密度,不仅可有效保证耐压强度计算结果精度,还可减少计算机仿真计算时间;波纹管的材料、总厚度、波形等参数不变的条件下,适当增加波纹管层数,可提高波纹管的径向刚度,减少波纹管的轴向刚度。     

基于改进量子粒子群算法的雷达布站优化研究

以双基地雷达"四抗"能力分析为基础,提出了双/多基地雷达布站优化的原则并对这些原则进行了量化,建立了双/多基地雷达布站优化的数学模型.随后,对量子粒子群算法进行了改进,提出了自适应量子粒子群算法,并将其用于双/多基地雷达布站优化数学模型的求解,解决了双/多基地雷达雷达站的部署问题.最后,通过MATLAB对优化后的雷达站...     

500吨级液氧煤油发动机结构动态特性

为获得我国载人登月运载系统用500吨级液氧煤油发动机结构动态特性,采用有限元方法对发动机整机结构进行了模态计算分析,并对影响结构动态特性的相关因素进行了分析,获得了发动机的模态参数以及优化结构低频特性的有效途径。针对该发动机零部组件多、结构复杂度高的特点,采用子结构有限元模型组装并结合部分组件试验的方式建立了整机结构的有限元仿真模型。计算结果表明,在目前设计状态下,发动机的首阶模态频率约为8.8 Hz。进一步优化表明,通过增大工艺拉杆倾角,可显著提升伺服回路在相应方向上的横向刚度,从而使该方向上的模态频率得到大幅提升。     

认知雷达波形自适应数据关联跟踪算法

针对杂波背景下多交叉机动目标跟踪问题,提出一种认知雷达波形自适应数据关联跟踪算法,该算法选取目标距离-速度-方位作为观测量,并通过调整波形参数来动态改变量测误差协方差。首先,基于信息融合思想提出一种优化的概率数据关联(OPDA)算法,算法充分融合目标位置特征和运动特征对多目标交叉区域公共量测进行分类,使多交叉机动目标跟踪问题转化为多个单机动目标跟踪问题。然后,对实时更新的目标航迹,采用修正的Riccati方程估计下一时刻滤波协方差,并根据波形选择准则函数自适应选择下一时刻波形以提高系统跟踪性能。仿真结果表明,该算法增强了概率数据关联(PDA)算法的环境适应性,而且相比未采用波形自适应的数据关联算法有明显的优势。     

弯管成型截面畸变有限元数值仿真分析

管材数控绕弯精确成型技术是管材生产的重要手段,同时也是一个多因素耦合交互作用的复杂力学过程。加工过程中存在着截面畸变、起皱、壁厚变化和回弹等多个工艺问题,这些问题严重影响了管材的成型精度。利用有限元数值仿真的方法,模拟管材绕弯加工的工艺过程,通过大量计算,得到管材与模具之间的摩擦系数、压力和管材进给率等工艺参数对成型问题的影响规律,为生产实际提供指导,同时为后续对工艺参数的优化打下基础。为此,基于ANSYS/LS_DYNA建立了管材绕弯成型过程的有限元仿真流程。在此基础上通过有限元分析,对不同工艺参数下的管材绕弯加工过程展开大量计算,研究了工艺参数对截面畸变的影响规律。     

进化神经网络在复合材料格栅结构设计中的应用

根据Kolmogorov多层神经网络映射存在定理,利用进化神经网络来实现结构设计参数(输入)与结构响应参数(输出)的全局非线性映射关系,以此来代替实际结构优化过程中存在的大量有限元计算,从而提高优化效率。以遗传算法为优化求解器,神经网络屈曲稳定性响应面为主要约束,对复合材料格栅加筋结构的优化问题进行了分析研究。算例表明,在相同(有限元)样本数据的情况下,进化神经网络通过自适应调节网络结构和权值,可获得比BP神经网络更高精度的映射模型,具有很强的泛化能力。该方法可为解决大型复合材料结构优化设计提供一条高效途径。     

双脉冲固体发动机隔板预紧载荷数值分析

针对装配预紧力载荷容易导致双脉冲固体火箭发动机陶瓷隔板破坏的问题,利用ANSYS软件建立了陶瓷隔板组件的平面轴对称有限元模型,分析了陶瓷隔板与其支撑紧固件之间的相互作用。认为陶瓷隔板与紧固件之间接触压力引起的翘曲变形是引起破坏的直接因素,发现等厚度设计形式的陶瓷隔板对预紧载荷的承受能力不足,难以保证其安全装配。计算分析了各结构设计参数对提高陶瓷隔板预紧载荷承受能力的影响,发现修改紧固件结构成效不理想,较合理的方法是优化陶瓷隔板的设计形式,提高其预紧力载荷承载能力的同时兼顾较好的易碎性。     

基于遗传算法的带筋壁板条带激光喷丸成形工艺优化研究

为实现带筋壁板条带激光喷丸成形目标曲面,对基于遗传算法的激光喷丸条带分布工艺优化方法进行了研究。建立了固有应变的带筋整体壁板有限元模型,将条带的优化转换为仿真所获曲面与理想目标曲面偏差最小问题,用遗传算法对喷丸条带宽度与间隔进行优化,给出了优化流程,以及遗传算法操作参数的设置。以单筋壁板成形圆柱面为实例,实现了其条带分布优化,获得成形曲面曲率半径与目标圆柱半径偏差为1%,对应节点最大距离0.003 3mm。优化结果表明:遗传算法可较好地适应本优化问题中目标函数难求导的状况,同时执行多方向搜索提高了优化效率。     

发动机用特种油滤网冲压过程质量控制

W型特种油滤网具有弹性好,抗冲击能力强等优点,在发动机管路系统广泛应用,然而,W型油滤网为薄壁、复杂横截面结构,冲压成形过程极易出现拉裂、起皱缺陷以及尺寸超差等问题,导致零件合格率低,批量报废。为解决W型油滤网冲压过程成形质量问题,基于ABAQUS有限元仿真平台,建立了W型油滤网冲压过程三维有限元模型,获得了优化工艺参数和模具结构尺寸。针对试验和试生产出现的质量问题,开展质量问题统计,获得质量控制措施,试验结果表明,采取的质量控制措施有效解决了油滤网冲压过程的缺陷问题,产品合格率提升至99%以上。优化后的加工工艺稳定,满足批量生产交付要求,说明采取的质量控制措施是合理的。该研究方法应用于"C型"特种油滤网生产,产品合格率达99%以上,研究方法具有普适性。     

大直径铝合金双曲率薄壁件拉深成形技术

为提高运载火箭贮箱的研制效率,利用有限元仿真技术对某运载火箭贮箱瓜瓣零件的成形工艺进行研究。采取理论分析、数值模拟等手段,分析了压边力、压边形式、压延筋、模具间隙等工艺参数对瓜瓣零件成形的影响,对拉深模结构形式及其工艺参数进行优化。结果表明:采用"双曲面+单拉延筋"设计,当模具间隙设为18 mm时,成形零件的最大减薄率在10%以内,满足设计指标要求。     

基于NSGA-II算法的航天产品装配公差多目标优化

针对航天产品装配公差优化设计问题,提出一种引入装配成本的多目标优化方案。在考虑航天产品装配过程中成功率低、成本高问题的基础上,建立基于产品成本及质量损失的装配公差的多目标优化数学模型,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),以装配功能要求和加工能力为约束条件,对装配公差进行优化求解,得到Pareto最优解集。以某空间站某型号组件为例,验证了该优化方法的有效性。通过建立归一化权重目标函数,获得优化的各组成环装配公差,利用该公差进行组件加工装配,提高了装配成功率,降低了产品加工成本及质量损失。     

大型磁悬浮CMG转子的组合优化策略

为提高空间站用大型磁悬浮CMG（Control Moment Gyroscope）系统的设计效率,并获得最优设计参数,针对高转速（12000r/min）大角动量（1000N·m·s）磁悬浮转子进行优化设计与分析。提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithm, GA)和序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming, NLPQL)的组合优化策略来优化转子组件。采用ANSYS进行参数化建模,通过ISIGHT软件集成ANSYS实现优化过程。取转子质量和最大等效应力分别最小为优化目标,选择转子轮盘结构尺寸为设计变量,并根据转子运行工况对转子提出包括尺寸、强度、效能等方面约束限制。与GA、NLPQL算法相比组合优化策略的优化结果要优于单纯使用一种全局优化算法或局部优化算法。组合优化策略结果表明转子质量减少了3.92%;安全系数提高了2.69%。实验结果证明了组合优化策略的设计结果。     

风洞模型支撑机构有限元模型修正与确认

风洞模型支撑机构有限元建模对预测风洞试验中的结构动力学响应至关重要。然而采用模态试验修正有限元模型需要多轮迭代优化,随着修正参数的增多,数值优化耗时将呈指数化增长。为解决上述问题,联合ABAQUS、MATLAB搭建iSIGHT结构有限元模型修正平台,基于此平台开展某模型支撑机构有限元动力学模型修正,根据试验设计变量对响应的贡献量,筛选灵敏度较高的修正变量;构建前4阶频率差和振型相关性为多目标函数,使用近似建模得到修正变量和目标函数的响应面模型,采用多目标优化方法NSGA-II开展模型修正;修正后的模型前4阶频率差均在10%以内,振型相关性均大于0.8。对修正模型开展动力学响应确认,使用结构模态动力学响应与锤击试验响应作对比,结果显示,修正模型满足工程需求,可用作下一步复杂载荷作用下的结构动力学响应预测。     

考虑结构参数不确定性的月球探测器结构优化设计

针对月球探测器结构优化过程中存在的分析耗时和结构参数不确定性影响问题，提出了考虑结构参数不确定性的月球探测器结构快速优化框架。优化框架基于多域子结构运动综合方法，建立了月球探测器结构多域子结构模型，实现了模型规模的降低，提高了模型分析效率；基于区间场不确定性分析方法，建立了结构参数不确定性模型，并开展了探测器结构参数区间灵敏度分析；基于区间可能度理论实现了不确定性优化问题的转换。通过两个优化算例进行方法验证，优化分析结果表明，基于本文的结构优化框架，可以明显提高结构优化效率；通过与确定性优化结果对比，验证了考虑结构不确定性的结构优化可以提高分析结果的可靠性。     

薄壁不锈钢管数控绕弯成形数值仿真及工艺研究

针对航天某型号薄壁弯管成形难度大、尺寸精度低等问题,提出了数控绕弯成形替代拼焊成形,分析数控绕弯工艺特点及参数确定方法。建立模型对成形工艺参数进行有限元仿真,分析弯曲速度及芯头直径缩减量对不锈钢管成形影响,并通过试验得到优化的工艺参数。结果表明弯曲速度为8mm/s、减小芯头缩减量为0.6mm时,成形零件截面畸变不超过4%,最小壁厚0.65mm,弯曲后管材产生形变强化效果,组织更为细密,成行排列的方向性更明显,提高了零件强度。     

高压金属软管应力及参数敏感度分析

某型号发动机热试车考核中高压金属软管多次出现破坏。通过建立软管有限元模型,采用非线性有限元分析了软管应力分布和各部分承载特点,判断波峰处轴向应力是影响软管结构强度的主要因素,有限元计算结果和试验破坏部位一致,表明有限元模型的合理性。在此基础上,通过参数化建模、设计中心复合实验和进行参数敏感度分析,得出影响波峰处最大轴向应力的敏感参数,为结构参数优化提供了依据。     

星外管路多层隔热组件热参数确定方法

提出了利用整星热平衡试验数据确定星外管路多层组件热参数的方法,解决了以往星外管路热设计在地面热试验验证不充分的难题。以某卫星星外管路为例,通过对星外管路试验状态模型的修正,确定了星外管路多层隔热组件热参数,并分析了星外管路的在轨极端温度。根据确定的星外管路多层隔热组件热参数计算出的星外管路温度,与在轨温度数据符合较好,验证了此方法的有效性。