基于分级优化的飞机翼面结构布局综合技术研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题．并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法,本文采用分级优化与集成的策略,该策略分为三个层次。第一个层次为拓扑优化,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局;第二个层次为尺寸优化,它用来确定翼面的中间参数;第三个层次为稳定性准则优化,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的三个层次中,拓扑优化是独立的,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的,并且具有很好的数值效果。作者认为：它对从事飞机结构设计的人员有一定的指导性和参考价值,值得在飞机设计部门推广应用。最后,总结给出五点结论供参考。     

基于拓扑和尺寸优化的翼肋类结构设计研究

开展了以机翼翼肋为模型的布局与尺寸优化设计,在结构优化的过程中,采用两级优化的设计方法。第一级采用拓扑优化,应用变密度法,由此得到了翼肋大致构形及其挖孔位置;第二级采用尺寸优化,将复合形法与NASTRAN的方向法相结合,分别优化出翼肋上杆的截面积和肋板各部分的厚度,两者相互结合,最终完成了翼肋结构的布局优化设计。对普通肋板和优化之后的肋板在性能参数上做了对比研究。结果表明：经过结构优化,结构材料的质量减少约30%（自定义约束条件）,同时,结构自身的刚度,强度等性能参数有很大改进,验证了文中算法在减重方面是可行和有效的。     

幂指函数法在复合材料中、长寿命区S—N曲线建模中的应用

本文提出一种新的基于两个假设条件下，用于复合材料层压板中、长寿命区S－N曲线构造的四以数模型，与其它方法相比，此方法不用考虑疲劳机理，只是根据疲劳试验数据，用纯数学方法来确定S－N曲线方程，算例结果表明：本文提出的方法不仅具有良好的拟合效果，而且具有较强的适用范围，因而具有潜在的工程应用价值。     

幂指函数法在材料腐蚀建模中的应用

将近似函数引进到材料腐蚀的数学建模中 ,根据腐蚀数据特点 ,提出分段建模概念 ,并分别与灰色GM (1 ,1 )模型、动态数据双向差分模型和幂函数模型对比。结果表明 :这种近似函数模型的精度除普遍高于其它 3种模型外 ,还具有很强的适用性 ,在工程上具有一定的应用前景。同时 ,由经验变换模型和该近似函数模型的数值处理推测认为 :腐蚀过程中可能存在“腐蚀临界点”。     

拓扑优化方法在飞机结构件概念设计中的应用

为了能够有效地降低飞机结构承力件的重量,针对飞机骨架,以加强框和普通框以及翼梁的概念设计为研究内容,通过对"敏度阈值"概念的分析,指出其不足,提出了"改进的敏度阈值"概念,并与"约束补偿"策略结合而形成新的拓扑优化算法,用于上述结构件的材料布局优化设计.多个算例中的拓扑优化结果均显示其结构型式十分新颖,值得深入地探讨.     

飞机起飞与着陆过程中的最短滑跑距离

为了确定飞机地面滑行过程中的最短滑跑距离,本文通过优化的方式给出发动机的最佳安装角和飞机地面滑跑的最佳迎角,以及前起落架的最佳凸伸量;并通过算例给出了高度与地面滑跑距离之间的关系曲线,为飞机在高原机场的起降提供一定的参考;最后,综合全文给出4点结论。     

用于翼面的一种柔性驱动结构的数值仿真分析

变体飞机是通过机翼的柔性、连续变形,使飞机可以实现在不同飞行环境下都具有最佳气动外形。本文提出了一种新的弹簧网状柔性机翼驱动结构模型。在小变形假定的条件下,建立有限元模型,计算得到了典型受力条件下的变形特征,通过数据分析,对比了理论模型解与仿真解的差异,并总结出网状弹簧柔性结构驱动设计的优点与可行性,为模型后续研究提供了指导方向与依据。同时该研究结果对于变体飞机驱动结构的设计具有一定的参考价值。     

一种多元函数的可视化方法

利用数学可视化概念和向量的正交性，本文提出了一种将多维函数在三维欧氏空间可视化的方法，旨在描述多维函数图形。本方法在多维数据图形的显示方面会有广泛的应用价值。     

无人机大展弦比直机翼单双机身布局对结构刚度的影响

为了探讨单、双机身布局下的大展弦比直机冀之间的结构刚度问题以及双机身大展弦比直机翼布局中基于翼面弯曲刚度下机身与机翼的最佳布置问题，采用工程梁方法对这一问题进行简化与建模。理论分析与数值优化结果表明：就结构刚度而言，双机身布局优于单机身布局；针对双机身布局，通过优化给出了机身与机翼之间的相对位置，在此工作的基础上，研究了冀面扭转刚度，并由此得出：就结构的弯曲和扭转刚度而言，双机身布局具有一定的优势。     

拓扑优化设计中刚度与密度关系的一种力学模型

为了探讨变密度法中伪密度的变化对材料刚度的影响,并建立两者之间的力学关系,本文采用有限元法研究这一问题。提出利用"实心"与"空心"两种八节点体单元来构建"微元体"模型,通过各种比例的"实心"和"空心"体单元的均匀组合,来模拟伪密度数值的变化过程。理论分析与推导表明:确定"微元体"的刚度时,本模型不仅与加载和约束形式无关,而且与"微元体"的形状亦无关。通过数值试验,可以给出这种模型的刚度与伪密度的离散数值关系;最后,利用幂指函数获得其解析关系。计算结果发现一个十分有趣的现象:刚度与伪密度不遵循人为给出的幂函数关系。