考虑刚度约束的复材机翼蒙皮开口补强设计研究

提出了一种可同时考虑弯曲、扭转刚度约束和静强度约束的复材机翼蒙皮开口补强优化设计方法。传统的补强方法只考虑了开口边缘和开口两侧的补强,而忽略开口之间的补强,这样的补强方式在满足静强度约束时可能无法满足扭转刚度的要求,给飞机的颤振安全带来隐患。而考虑多约束的优化方法以开口周边不同区域的蒙皮厚度和各角度铺层比例为设计变量,以典型载荷下翼盒的弯曲变形,扭转变形和开口处应变为约束条件,以结构质量最轻为优化目标,建立优化问题模型,并使用修改后的可行方向法求解,能够在满足静强度要求的情况下优化铺层比例、提高结构效率,增加开口后翼盒的扭转刚度,并在一定程度上减轻结构重量。     

飞机复合材料蒙皮的优化设计

从工程实际出发,提出了一种针对连续纤维增强复合材料蒙皮的三级优化设计方案。能够从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层合板的设计参数。在设计过程中．加入了一系列与实际加工制造非常吻合的制造性约束,使复合材料层合板构件的优化设计结果具有非常好的可制造性。运用该方法对某型飞机复合材料机翼前缘蒙皮进行了优化设计,取得了良好的设计结果。     

飞机金属-复合材料副翼结构优化技术

针对飞机副翼结构,讨论了一种金属一复合结构的联合优化设计方法。用拓扑优化方法得到传力路径并对金属骨架布局进行设计。对于金属部件,采用拓扑优化方法进行概念设计,然后通过尺寸优化等方法对各个具体部件进行详细设计。对于复合材料蒙皮,采用三级优化设计方案,从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层舍板的设计参数,并且在设计过程中充分考虑了制造约束。     

复材机翼蒙皮多点柔性成型质量分析

为提升复材机翼蒙皮柔性成型质量,本工作探寻了不同厚度、不同种类压痕抑制垫与复材机翼蒙皮成型质量间的作用规律。结果表明：当硅胶厚度为2.0 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于1.36 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件型面误差降低26.88%;当丁腈橡胶厚度为1.5 mm时,复材机翼蒙皮表面的压痕完全消失,其平均型面误差不高于0.87 mm,较无压痕抑制垫柔性成型蒙皮件的平均型面误差降低53.23%。本研究揭示了材质较软的压痕抑制垫能够有效抑制压痕和减少型面误差,提高复材构件型面成型质量;压痕抑制垫厚度过大,会导致纤维复材机翼蒙皮型面偏差增加。本工作为航空复材机翼蒙皮柔性成型积累了基础数据。     

复合材料起落架舱门结构优化设计

基于有限元软件ANSYS建立复合材料起落架舱门参数化有限元模型,基于三明治夹芯板理论将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的层板,以蜂窝夹芯高度与复合材料面板各铺层厚度为设计变量,以铺层板、蜂窝夹芯的强度,结构稳定性以及结构刚度为约束函数,以结构质量最轻为目标函数,基于ANSYS优化模块首先选择零阶法进行优化得到粗略解,其次选择一阶梯度优化法进一步对夹层结构进行优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、蒙皮各铺层厚度.     

基于材料-结构协同设计的层合板多级优化方法

提出一种以材料参数与结构参数为变量的复合材料层合板多级优化设计新方法。以单层纤维含量、层厚和铺层角为设计参数,建立了刚度和强度约束下的结构减重设计模型,基于有限元分析,运用所提出的三级优化策略完成结构轻量化设计。本文给出了不同载荷类型和位移边界条件下层合板优化算例,设计结果验证了方法的有效性。     

基于变刚度复合材料机翼的气动弹性剪裁优化设计

以naca2412翼型展弦比为9.6的后掠翼变刚度复合材料机翼为研究对象,通过改变上抛物线、下抛物线、正弦和线性变化4种铺放轨迹的纤维路径铺放角度,来实现三维机翼的气动弹性剪裁优化设计。利用NASTRAN软件对4种路径的任意初始铺层角度进行颤振速度计算;在ISight软件平台上利用多岛遗传算法,在铺层数量不变条件下,以纤维形状参数为设计变量、颤振速度为目标函数进行优化设计计算。结果表明,通过优化后的4种铺放路径均能较大地提升机翼的颤振速度,与直纤维相比,颤振速度由30 m/s提高到41 m/s。该方法可为基于变刚度复合材料的机翼设计提供参考。     

基于粒子群算法的机翼蒙皮层合板铺层参数设计

在复合材料机翼蒙皮的设计中,上蒙皮的稳定性和面内刚度问题一直被重点关注.为研究蒙皮铺层参数对稳定性和面内刚度的影响,文中建立了基于粒子群算法的权重理想点法的多目标优化模型,并对机翼蒙皮层合板在不增加结构质量的前提下进行蒙皮刚度和稳定性的多目标优化设计.提出的权重理想点法可以使多目标问题更灵活和简洁地转化为单目标优化问题.针对层合板优化的特点,在标准粒子群算法中引入自适应惯性权重和变异策略,提高了优化精度.最后对4种蒙皮层合板进行了优化计算,得到的数据对工程实际设计机翼蒙皮层合板铺层参数有参考价值.     

基于Nastran的无人机机翼结构分析与优化

对打样设计中采用蒙皮、翼梁和翼肋结构的机翼,通过UG建立模型,运用Nastran软件进行有限元分析,确定其满足强度和刚度要求。对机翼结构部件进行灵敏度分析,确定蒙皮是对机翼性能影响最大的设计变量,并将其作为优化对象。在保证机翼结构强度和刚度的条件下,对蒙皮轻量化设计,得到蒙皮对机翼性能影响规律及最优蒙皮厚度。优化后机翼质量减轻37.19%。     

纤维增强复合材料低压涡轮轴强度分析设计

研究连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在扭转载荷作用下的静强度分析设计问题。以Ti-6-4/SC6为有限元模型结构材料,以复合材料层合板理论为基本力学理论基础,以蔡-吴强度失效准则为判定依据。对不同复合材料轴结构进行强度分析及失效判定。以某型航空发动机低压涡轮轴为基础模型进行有限元建模。通过"复材轴"和"分段轴"两种复合材料轴结构模型对复合材料铺层、铺角对轴结构力学性能及强度影响规律进行研究。以"复材轴"模型结构研究±45°与+45°两种普遍铺层方案的优劣,在研究"复材轴"铺层方案的基础上,以±45°铺层方案研究"复材轴"和"分段轴"及传统钛合金轴静强度性能对比。最后从工程实际角度针对"分段轴"给出提高强度的两种措施。     

扑翼式微型飞行器的升力测量与分析

昆虫通过高频扇翅可以产生很大的升力,相关的非定常空气动力学机理及理论逐渐被人们所认识。基于昆虫的仿生学设计了单个翅膀的扑翼机构,并利用自行设计的测力平台实现了对升力的测量。通过分析测力系统的动态特性及受激励后的响应,得到扑翼产生的周期升力。通过将试验数据与经验公式计算的结果进行比较,得到了升力与扑翼参数的关系,为进一步设计扑翼式微型飞行器提供了依据。     

一种新型六旋翼飞行器的设计

简要介绍了一种新型六旋翼飞行器的设计方案,分析了飞行器的整体结构及其4个主要组成部分的设计要求,实现了通过调节电机转速的方法来控制飞行器的飞行姿态。相对于传统飞行器,其各项性能指标得到了提升。     

微型扑翼飞行机器人气动力测试系统

微型扑翼飞行机器人飞行时的气动力是主要的性能指标,低雷诺数下的空气动力学还没有成熟的理论和经验公式可以遵循,因此需要设计并验证了一个微型扑翼飞行机器人气动力测试系统:采用2个位于水平和垂直方向的力传感器作为敏感元件分别测量微型扑翼飞行机器人飞行时的推力和升力,使用两个柔性铰链分离垂直、水平方向的气动力,降低非测力方向力对力传感器的影响。文末给出并分析了该系统用于微型扑翼飞行机器人气动力测试的实测推力和升力。     

E-BA101乙烷裂解炉对流段翅片管开裂原因分析

某石化公司烯烃厂E-BA101乙烷裂解炉对流段顶部翅片管发生开裂。本文对发生开裂失效的翅片管进行了宏观形貌分析及理化检验，并对翅片管模型进行了有限元计算，通过综合分析翅片管发生开裂失效的原因。     

Assembly modes of dragonfly wings

The assembly modes of dragonfly wings are observed through FEG-ESEM. Different from airplane wings, dragonfly wings are found to be assembled through smooth transition mode and global package mode. First, at the vein/membrane conjunctive site, the membrane is divided into upper and lower portions from the center layer and transited smoothly to the vein. Then the two portions pack the vein around and form the outer surface of the vein. Second, at the vein/spike conjunctive site, the vein and spike are connected smoothly into a triplet. Last, at the vein/membrane/spike conjunctive site, the membrane (i.e., the outer layer of the vein) transits smoothly to the spike, packs it around, and forms its outer layer. In short, the membrane looks like a closed coat packing the wing as a whole. The smooth transition mode and the global package mode are universal assembly modes in dragonfly wings. They provide us the references for better understanding of the functions of dragonfly wings and the bionic manufactures of the wings of flights with mini sizes.     

Antifatigue properties of dragonfly Pantala flavescens wings

The wing of a dragonfly is thin and light, but can bear high frequent alternating stress and present excellent antifatigue properties. The surface morphology and microstructure of the wings of dragonfly Pantala flavescens were observed using SEM in this study. Based on the biological analysis method, the configuration, morphology, and structure of the vein were studied, and the antifatigue properties of the wings were investigated. The analytical results indicated that the longitudinal veins, cross veins, and membrane of dragonfly wing form a optimized network morphology and spacially truss‐like structure which can restrain the formation and propagation of the fatigue cracks. The veins with multilayer structure present high strength, flexibility, and toughness, which are beneficial to bear alternating load during the flight of dragonfly. Through tensile‐tensile fatigue failure tests, the results were verified and indicate that the wings of dragonfly P. flavescens have excellent antifatigue properties which are the results of the biological coupling and synergistic effect of morphological and structural factors. Microsc. Res. Tech. 77:356–362, 2014. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.     

A Review of Microstructural Alterations around Nonmetallic Inclusions in Bearing Steel during Rolling Contact Fatigue

Microstructural alterations in bearing steels during rolling contact cycling have been reported in the literature for more than 60 years. These changes appear in different shapes and locations. One class of such alterations is “butterfly wings”: regions of microstructurally transitioned material that appear diagonally around nonmetallic inclusions and may serve as fatigue crack initiation sites. Over the course of the past half a century numerous experimental and multiple analytical efforts have been made to understand and model this phenomenon, yet a lot is to be discovered and understood about root causes and mechanisms leading to butterfly formation. This article presents a comprehensive overview of the crack nucleation phenomena due to butterfly formation, its characteristics, and its negative impact on bearing service life. Significant attempts that have been made to solve the problem over the past half a century are mentioned, with a focus on recent work. Unanswered dilemmas are particularly discussed to highlight avenues of future research.     

仿生微扑翼飞行器的翅翼设计与优化

提出了微扑翼机构翅翼的共振激励放大驱动机理及其对翅翼的振动模态要求,并依据该机理用有限元方法研究了微扑翼飞行器的仿生翼设计和优化问题。通过对3种仿昆虫翅翼的模态分析,总结出能够满足共振激励要求的翅翼外型和翅脉布局,建立了参数化的自定义仿生翼模型。在此基础上,以翅翼的展弦比和翅脉关键点的坐标为主要参数,使用有限元优化方法,对仿生翅翼的模态优化进行了初步探讨。文中的建模、分析方法和结论对微扑翼飞行器的分析、设计和应用提供了一定的理论依据。     

基于仿生平衡棒结构的共振隧穿导航传感器研究

家蝇等飞行昆虫利用后翅棒状平衡器检测哥氏力,实现了在空中飞行过程中的快速航行控制。本文基于家蝇后翅微球杆结构建立了一种仿生机械平衡器的运动学模型,并采用MATLAB分析了该模型的航行控制原理。结合家蝇的微球杆平衡结构原理和共振隧穿薄膜微结构(resonant tunneling membrane structure,RTS)的力电耦合效应,设计了一种新型的高精度仿生微型棒状导航传感器(bionic micro-stick-shaped navigation sensor,BMSSNS),并研究了BMSSNS的加工工艺、信号检测方式与路径解算方法。基于ANSYS对该BMSSNS结构进行仿真分析,仿真结果表明,给定初始边界条件下,通过测量平衡棒的哥氏力信息和驱动力信息,可积分解算出运动路径。进一步的路径实验研究结果表明,该BMSSNS能有效检测传感器的俯仰,翻滚和偏航的姿态和路径信息,其短时水平和垂直路径定位精度分别达1. 5 mm和0. 5 mm。该传感器能够在小空间、高定位精度要求的场所中实现精确路径定位。     

翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析

选用NACA 4位数翼型,采用计算流体力学方法分析了翼型对水下滑翔机滑翔经济性和稳定性的影响。研究结果表明,合适的翼型可以极大地提高滑翔经济性,但对滑翔机静稳定性的提高并不明显;对于非对称翼型,翼型的弯曲程度和弯曲方向对滑翔经济性和静稳定性的影响均很大。在此基础上,并结合工程实际,提出了变后缘柔性机翼方案,通过数值模拟试验验证了所提出方案的可行性。研究成果为水下滑翔机柔性机翼的设计提供了理论参考。