飞机翼面结构多级布局优化设计思想及需要解决的问题

机翼结构布局优化问题非常重要,然而目前的布局优化得到的结果距工程实际应用还有一定距离,本文提出了一种可以完成翼面结构布局优化设计及细节优化设计的多级优化思想及需要重点解决的问题。     

工程化复合材料结构优化设计方法

复合材料结构的可设计性带来大量设计变量,单靠传统方法难以实现结构优化,复合材料结构优化的铺层优化设计也是关键问题之一。从工程实际出发,探讨具有工程操作性的复合材料结构优化设计方法,形成 从结构布置优化到初始尺寸优化,再到详细铺层优化的三级优化设计方法,并在设计过程中加入符合复合材料 工艺要求的制造性约束;以某飞机复合材料垂尾翼盒结构设计为例,采用该方法对其进行优化设计。结果表明:本文提出的三级优化设计方法是适用于航空复合材料结构优化设计的一种通用方法,可降低结构质量、缩短研制周期。     

基于可靠性的民机防爆结构优化设计研究

最小风险炸弹位置(least risk bomb location,简称LRBL)结构作为应用于民航客机的防爆结构,在保证可靠性的同时,还应尽可能地减小结构质量。开展了基于可靠性的LRBL结构优化设计研究,首先以LRBL结构轻量化作为优化设计目标,选择LRBL结构的结构尺寸作为设计变量,然后确定约束为结构可靠性指标,采用响应面法结合可靠性指标转化得到优化模型约束函数,搭建LRBL结构的可靠性优化模型,最后采用内点法进行LRBL结构的可靠性优化求解。以某个LRBL结构设计方案开展了优化设计案例分析,结果表明在满足可靠性指标的基础上,优化后的LRBL结构质量减轻了45.08%,减重效果明显,对LRBL结构应用于工程实际具有指导意义和参考价值。     

基于参数化组件定义的复合材料旋翼桨叶结构优化设计

 为提高直升机复合材料旋翼桨叶结构设计效率,依据实际工程应用情况,提出了一种基于参数化组件定义的复合材料旋翼桨叶结构优化设计方法。以C型梁复合材料旋翼桨叶为研究对象,建立以精确的桨叶组件定义参数为设计变量的剖面优化和整体优化模型,通过桨叶的剖面优化确定出整体优化的初值,再由桨叶整体优化实现桨叶结构的最优设计。最后对某型主桨叶进行结构设计实例验证,结果表明该方法能够有效地实现直升机复合材料旋翼桨叶结构优化设计。     

基于疲劳分析的起落架形状优化方法

<正>目前,对飞机起落架的疲劳破坏特性和疲劳寿命估算有较多的研究,在结构优化方面多是考虑强度和重量之间的优化关系,而基于疲劳分析的结构优化方法在国内外虽有一些研究,但是有起落架背景的研究较少。结构疲劳优化方法需要解决通过建立相对接近实际有限元分析模型以及起落架各部件之间的连接,应用相对准确的疲劳分析方法对起落架寿命进行估算;在此基础上提出合理的形状优化方案,采用合理的优化方法,进行疲劳优化,以期获得更为精确的优化结果。     

基于优化神经网络模型的系统建模仿真研究

建立一个结构优化的系统模型是设计控制系统的基础,但对于实际系统尤其是非线性系统一般没有统一表达形式,其模型结构难以构造,对其结构优化难以实施,给非线性系统建模带来很大困难.为此,基于神经网络理论,分析了非线性系统的神经网络模型并对其神经网络模型结构进行仿真研究.基于OBS (Optimal Brain Surgeon)优化策略,对初始神经网络模型结构进行优化操作,进而获得结构优化的神经网络模型并对非线性系统的建模进行仿真.仿真结果表明,优化的神经网络模型对非线性系统的建模效果是良好的,其模型的泛化能力亦得到增强.     

热-机载荷联合作用下的结构一体化优化设计

穿越地球大气层的高速飞行器同时受到气动加热载荷和机械载荷的作用,其结构设计必须满足热和机械设计要求。本文采用权函数法,同时考虑了机械性能和导热性能要求,以结构质量最轻为目标函数,分别对结构型式和结构参数进行了优化设计。首先,对应不同机械载荷和温度载荷要求的权重之比,进行多目标拓扑优化,获得合理的结构型式;然后,对应拓扑优化得到的不同结构型式,进行结构参数化建模,用遗传算法进行结构参数优化,找出最优解;最后,通过加筋板的实际算例,验证了该方法的可行性和有效性。     

考虑鸟撞的航空发动机叶片动态拓扑优化设计

为了实现航空发动机冷端风扇叶片在考虑鸟撞情况下的轻量化设计,从结构拓扑优化计算的角度出发,对该问题展开深入的研究并提出具体的解决方案。针对叶片优化中存在的优化模型建立,结构动态工况优化,多条件约束并存处理,多工况联合优化等关键问题,进行了理论上的深入分析研究,阐述了结构多约束、多工况动态优化的理论基础,并结合相应的数值计算平台,提出了风扇叶片分步优化计算的方案,对航空发动机叶片进行拓扑优化计算。计算结果显示,最终的叶片轻量化结构满足所有鸟撞与离心载荷多工况的优化约束条件,拓扑结构中材料分布合理,在满足适航条例强度要求的同时质量减少达37.9%,具有一定的实际参考应用价值,同时所提出的动态优化计算方案,在工程结构的动态优化中具有广阔的应用前景。     

基于Workbench的主起落架车架前轮叉应力分析及结构优化设计

针对某型飞机主起落架车架前轮叉根部多次出现疲劳裂纹,前轮叉作为主起落架车架的关键件,其性能优劣严重影响起落架的安全性。利用ANSYS Workbench仿真软件对其结构进行应力分析,得到其薄弱部位,利用拓扑优化和多参数优化相结合的方法对其结构进行优化和对比分析。分析得到的薄弱部位与实际使用情况相吻合,优化后的结构合理,受力明显改善,质量比优化之前减少了17.3%。     

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。     

歼击机水平尾翼大轴的优化设计

为了研究歼击机水平尾翼大轴的结构设计,本文采用工程梁理论进行结构建模,将尺寸变量与坐标变量作为两个设计空间中的设计变量,其中,利用近似函数与黄金分割法相结合进行尺寸优化,再使用Nelder-M ead单纯形方法进行几何优化,分别进行交替优化,直至迭代收敛。实际算例的优化结果表明,与传统的经验设计相比,本方法对大轴结构减重效果明显,在工程上是可行的。     

机翼结构布局优化的并行子空间方法

机翼内部构件的布局优劣在很大程度上影响着机翼结构质量,因此进行布局优化设计尤为重要。采用并行子空间方法求解机翼结构布局优化的问题,将机翼结构布局设计问题分为梁站位优化、桁条优化和厚度优化三个并行的子空间,设计变量在各自的子空间内单独优化;各子空间优化结束后,在系统级中协调三个子空间的设计变量,保持最小质量的子空间的优化变量不变;采用近似一维搜索的方法协调其他子空间的设计变量,然后进行变量迭代直至收敛。结果表明:该方法具有较高的优化效率,能够取得较好的优化结果,具有实际工程应用价值。     

强度自动化平台在结构优化设计中的应用

鉴于MDO相关技术在工业中的成功应用,利用其相关技术搭建了强度自动化平台,将其应用到直升机结构优化设计中,并以直升机舷梯门为例,开展结构减重优化设计。根据直升机舷梯门实际结构形式,通过编辑bdf文件实现CAE模型参数化,明确了优化过程中的设计变量、约束与目标。编写Fortran子程序对结果文件进行后处理,自动实现约束判断。采用修正可行方向法(MMFD),对每次的计算结果进行优化判定,最终得到减重优化结果。最后,利用部件级的舷梯门减重优化的成功实现,提出了搭建直升机全机减重优化平台的设想。     

转子-支承耦合结构的模型修正研究

在转子-支承耦合结构的动力学分析过程中,结构模态参数计算结果与实验测试结果往往存在较大差异。针对此问题,应用优化算法对结构动力学模型进行修正,使计算模型能更准确地反映结构特性。建立由梁单元、盘单元、弹性支承单元组成的结构动力学有限元模型;选择优化目标函数、设计参数,并对各参数进行灵敏度分析。应用粒子群算法对选取的设计参数进行优化,得到最优模型。利用转子-滚动轴承实验器进行验证,结果表明,方法能够有效地实现转子-支承耦合结构的动力学模型修正,修正后模型更接近实际结构。     

一种复合材料旋翼结构优化设计模型

本文介绍一种面向工程实际的复合材料旋翼结构优化设计基本模型,详细阐述了典型剖面、剖面结构形状及自变量的选取。同时还简单介绍了复合材料旋翼桨叶剖面特性分析方法和动力特性分析方法。     

风机结构形式对其性能影响的数值与实验研究

通过数值模拟和实验研究,对不同结构形式的轴流风机进行了对比分析。找出了由于风机生产条件限制而造成的几种不当结构影响风机整体性能的原因,以及风机中主要损失产生的位置。结果表明,在风机原始设计过程中,应从整体优化的角度出发,预先考虑工厂中产品实际配装的几何结构形式,然后调整相关气动设计参数,从而要使气动设计与产品实际结构相匹配。      

基于强度约束的复合材料机翼翼盒设计优化

提出了一个大型飞机复合材料机翼受强度约束条件下的优化问题,基于机翼结构的初步设计进行了设计优化。通过OptiStruct商业软件来完成优化过程,OptiStruct是一个效率高、精确独立的有限元求解器,目前也被广泛应用于航空航天工业中。根据设计目标,优化过程中将机翼上下蒙皮复合材料的层压厚度作为设计变量,优化后的结构重量减少了25.07%。在实际生产限制条件下,为了使设计结果趋于保守,对优化后的层板厚度进行了调整,适当增加了厚度,导致结构重量略有增加,但是最终的重量减少仍然超过20%,证明该方法在实现复合材料机翼结构的轻量化设计中具有实用性,可在机翼设计阶段的静强度评估中进行应用。     

基于拓扑优化的飞机垂尾设计

提出改变传统的机翼设计方式,引入拓扑优化的方法对飞机垂尾进行结构优化设计,根据设计要求对其进行模拟仿真,找出最佳传力路径,并根据该路径找出垂尾的最佳结构形式;同时在优化设计过程中,采用了形状优化等对其进行二次优化：对拓扑优化的结果进行完善,得到更合理的材料布局形式,意在将结果推广到三维的实际设计当中,并得到更广泛的应用。     

水陆两栖飞机结构密封性验证方案

针对大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600飞机研制过程中结构密封性验证需求,结合型号研制实际情况,从验证方案、工艺策划和工程实施三个方面进行系统分析。通过指出气密性验证试验和水密性验证试验存在的主要问题,提出型号结构密封性验证优化思路,并给出优化后的验证流程,为船身式水陆两栖飞机结构密封性试验验证提供参考。     

转子叶片缘板阻尼结构设计方法

根据工程应用需求,从工程设计人员角度出发,阐明了结构设计参数、接触参数和动力学参数之间的相互影响关系。进一步建立了缘板阻尼结构的设计流程和优化方法,并给出了结构设计合理性的评估参数。某薄片式缘板阻尼结构的优化结果表明:通过优化缘板阻尼结构截面形状,可改善接触面应力的均匀程度,提高实际有效接触面积,实现在多个停留转速工况下更好的贴合状态,从而起到更好的振动抑制效果。