惯导平台支撑结构的多约束结构动态优化设计

本文运用多约束问题的最优化理论并结合结构设计方法,对三维空间中惯导平台支撑结构的优化问题进行了研究。针对惯导平台的高精度、空间约束特性以及对外界环境噪声敏感的特点,将支撑结构的自然频率范围、结构空间位移以及强度特性作为约束条件对结构的截面尺寸和整体支撑结构的重量进行了优化。优化结果表明采用多约束变量优化设计能够有效发挥材料性能,新的设计方案能够改善惯导平台支撑结构的动力特性、减轻重量以及提高系统可靠性,对惯导平台支撑结构的实际设计有较大参考价值。     

复杂布局机翼结构多约束优化设计

机翼结构需要同时满足强度、刚度、气弹和设备安装等要求,布置多个外挂设备的机翼结构设计约束更加复杂,传统方法难以得到最优方案。本文提出了通过约束机翼剖面弯曲刚度和扭转刚度来控制气动弹性的方法,研究了稳定性和位移敏度计算理论,结合工程准则法和数学规划法,搭建了适用于复杂布局机翼结构的多约束优化流程,以国产结构分析软件HAJIF为平台进行了程序实现,并结合工程机翼案例进行了方法验证。优化结果表明,本文方法能够以静力分析模型为基础,同时考虑强度、刚度和稳定性等多种约束形式,在有限计算机时内给出最优设计方案,具有一定的工程应用价值。     

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。     

频栅约束的结构优化设计方法及在桨叶设计上应用

本文利用动力优化准则法的基本方法,提出“频栅约束”(多个带状区间频率约束)条件下离心力场中结构优化设计的工程方法。同时提出多频率修正公式。开且应用这个方法对Y-2直升机金属桨叶和复合材料梯形桨叶进行了频率优化设计,取得满意的结果。     

基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

圆筒形铆接结构中铆钉的数值模拟

介绍了有限元计算中耦合节点法、多点约束(MPC)单元和梁单元等三种铆钉模拟方法的原理和使用方法。以某导弹结构抽象出的圆筒型铆接结构为例,分别用三种方法模拟结构中的铆钉,通过对三种方法的有限元结果进行比较分析,得出结论:三种方法均可正确合理的模拟铆钉;对以剪切破坏、挤压破坏和两者的组合破坏为主的圆筒型铆接结构可以采用耦合节点法模拟铆钉;对于需要考虑铆钉所受轴力的情况,可以采用MPC单元法或梁单元法模拟铆钉。     

纤维增强树脂基复合材料结构的优化设计

综述了国内外纤维增强树脂基复合材料结构优化设计的研究成果与发展状况,内容涉及到层合板壳结构以及夹层结构的屈曲、振动、可靠性、结构强度以及多级多目标等问题的优化设计。文中还涉及到发动机复合材料构件优化方面的一些研究成果,给出了其优化设计的网络框图。论文最后对复合材料结构优化设计当前存在的主要问题和今后发展方向作了分析,并指出今后的研究方向：（１）多级多目标多学科的优化设计,不仅涉及到基本理论、建模和方法,而且更加强调工程实际问题;（２）发展相应的软件专家系统,更加强调软件面向对象编程和 Ｃ Ａ Ｄ 技术的应用;（３）注重探究快速有效的优化算法以及探究随机优化和可靠性优化技术,从而快速有效地获得对优化设计点的可靠评价等。     

非线性结构的二级优化——齿行法和截面优化的结合

本文提出网格加筋筒壳在多种载荷工况、多种类型约束(位移、应力、稳定性和尺寸约束)条件下最轻重量设计的齿行法。利用射线步把设计点拉到最严约束界面上,然后使用单位移准则步或满应力准则步来确定设计变量修改的方向和步长,直接找到一个最优解为止。本文采用修正的摄动法和敏度分析的降维法并结合截面优化概念,把一般只适用于线性结构的一些近似重分析方法推广到非线性结构,拓宽了齿行法在工程中的使用范围。     

结构优化设计的一种新方法——改进的可行方向法

本文提出了一种结构优化设计的新方法——改进的可行方向法。该方法计算简单、方便,一次调参幅度大,收敛快,重复的结构分析次数少,较之现有的各种准则法、可行方向法以及其它约束最优化方法有显著的优越性,特别适用于求解在多种载荷条件下,具有多个位移约束和应力约束条件的大型结构优化设计问题。     

具有多阶频率与振型约束的结构动力学优化设计

本文研究了在多阶固有频率约束的情况下,通过改变结构的尺寸进行结构动力学优化,使多阶振型的节点同时满足位置要求的问题。采用尺寸优化方法,首先建立了振型节点位置与结构尺寸之间的变量关系,然后在给定的约束条件下对结构进行优化,使结构不仅满足动力约束条件,而且使结构重量达到最小。优化实例表明,采用本文的方法,能够有效地解决工程结构设计中涉及到的一类具有多阶固有频率、振型节点位置要求的结构动力学优化设计问题。     

FUSELAGE STRUCTURAL OPTIMIZATION WITH MSC／MOD PRE－PROCESSING AND MSC／PAL2 POST－PROCESSING

ＦＵＳＥＬＡＧＥＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮＷＩＴＨＭＳＣ／ＭＯＤＰＲＥ－ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＡＮＤＭＳＣ／ＰＡＬ２ＰＯＳＴ－ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ￥ＣｈｅｎＭｕｌａｎ（ＲｅｓｅａｒｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｉｌｏｔｌｅｓｓＡｉｒｃｒａ...     

二次约束优化方法在结构动力模型修正中的应用

将二次约束优化方法应用于结构动力模型修正问题中.该方法将模型修正问题转化为一个带二次约束的最优化问题.应用奇异值分解,给出了结构模型修正的数值方法,并进行了数值实验.通过与其他方法比较,本文提出的方法是有效的.     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小，以结构强度及作动器性态作为约束条件，以作动器电压作为控制变量，建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析，利用线性压电学原理，导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果，实例表明该方法在保证强度的同时，能有效控制结构的节点位移，并可处理任意工况多位移要求的情况，这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

悬停气弹稳定的盒型梁桨叶动力学多目标优化

基于有限元法建立了盒型梁桨叶的挥舞/摆振气弹稳定性分析模型,提出了多目标、多约束条件下的灵敏度分析方法,采用Satisficing Trade-off Analysis算法,实现了盒型梁桨叶气弹稳定性条件下多约束、多目标优化.最后完成了模型旋翼桨叶的优化与对比验证.结果表明:在气弹稳定条件下,在自转惯量、振动固有频率等多约束条件下,实现桨叶质量减少11.3%,应力减少3.7%的多目标优化,优化性能良好.     

多学科设计优化的低自由度协同优化方法

为了解决协同优化(CO)方法计算量过大的问题,提出了低自由度协同优化方法(Low degree-of-freedom collaborative optimization,LDFCO)。LDFCO的系统级优化通过调整共享设计变量和辅助设计变量,使系统目标最优,且满足一致性约束条件。子系统优化通过调整局部设计变量,使子系统目标最优,并满足局部约束条件。子系统目标有两种形式:最小化本子系统的一致性约束函数和直接与系统目标有关的状态变量的加权和,或最小化一种不同于前者的一致性约束函数。通过3个算例检验了LDFCO的效率,结果表明LDFCO方法的计算量比CO方法大大减少。     

基于Kriging模型的结构耐撞性优化

提出了基于Kriging模型的耐撞性优化方法。首先就Kriging模型的构造方法及其精度评估问题进行了讨论;然后,以薄壁管为研究对象,采用瞬态非线性有限元分析程序作为计算核心,以薄壁圆管的直径和壁厚为优化变量,以最大撞击载荷为目标函数,薄壁管的最大压缩量等作为约束函数,构造了基于Kriging模型的全局近似函数来逼近真实的优化目标函数与约束函数;随后,提出了提高全局近似函数精度的Kriging模型更新方法,改进了优化设计分析流程;最后,在所构造的全局近似函数的基础上,采用遗传算法进行优化分析。算例分析结果表明,该方法构造的最大撞击载荷与最大压缩量的全局近似函数在最优解处与真实解非常吻合,说明了Kriging模型的有效性。     

基于原-对偶内点算法的电力系统无功优化

原-对偶内点算法很好的继承了牛顿法的优点,并能将函数性约束和变量性约束一并处理。应用该方法求解电力系统无功优化问题时能有效处理目标函数中的大量不等式约束。IEEE 14节点节点系统的仿真结果表明,该算法收敛快、鲁棒性好。     

航天飞机再入大气层最优轨迹

本文研究航天飞机再人大气层最小气动加热的最优轨迹。文中考虑了地球自转的影响和气动加热、动压、过载对再入飞行的限制。在地心非惯性坐标系中,采用球面速度坐标系建立运动方程。再入点的运动参数是在惯性计算系中给出的,故地心非惯性系的再入参数是经过惯性计算系到非惯性计算系的转换而获得的。文中最优轨迹的性能指标采用气动加热量的最小值,最优轨迹的求解方法采用非线性规划法,即将控制变量参数化,把泛函的极值问题转变成函数的极值问题进行求解,因而可以利用函数优化方法的标准程序进行计算。本文在性能指标中引进了罚函数,并采用Powell方法求解无约束的最优化问题。文中进一步用运动参数描述控制变量,这不但便于初值的选择,而且还便于考虑一些参数变化规律的要求。本方法使用方便,计算结果稳定可靠。