基于遗传算法的某防护结构优化设计

为提高某防护型驾驶室底部类V形防护结构对爆炸冲击波的防护性能,利用尺寸优化和形状优化相结合的设计方法,进行了防护结构的优化设计.首先通过拉丁超立方试验设计建立了中心防护板最大位移和模型总质量的高精度响应面.再综合考虑板件厚度和边界形状的变化范围以及安全性和轻量化要求,运用遗传算法对建立的响应面进行了求解计算,得到了一组最优值.结果表明优化后防护结构的防护性能得到了显著提升,为更多防护结构的设计提供了参考依据.     

帕累托最优在车辆底部防护结构设计中的应用研究

为了提升爆炸冲击环境下车辆的防护性能,针对其底部防护结构设计中大规模计算、强非线性和多优化目标的特点,利用多物质单元与流-固耦合算法仿真车辆的动态响应。通过灵敏度分析,筛选底部结构中钣金件的厚度、几何形状等设计参数,并利用实验设计建立该问题的数学优化模型,结合帕累托最优的多目标遗传算法,得到该优化问题的帕累托解集空间曲面和一个最优设计方案,该方案在不增加结构质量的情况下,能显著提高车辆底部防护性能。     

水下航行器壳体结构多目标优化设计研究

针对大深度水下航行器壳体结构多目标优化问题,提出一种基于自适应响应面的多目标优化方法。该方法利用实验设计得到初始点,利用响应面构造近似模型,初次优化得到Pareto解集。引入一种空间采点法,均匀得到Pareto解样点,使用高精度有限元分析技术校核后补充到初始样本集,通过一种渐近全局策略使近似模型最终满足精度。利用灰色关联分析法处理Pareto解集。结合水下航行器壳体结构实际情况,提出一种多级标度赋权法,在获得各目标权重后从Pareto解集中挑选出满意解,优化后与传统经验公式结果相比,在满足近似精度的前提下,总体性能有了一定提高。     

某型车车身底部抗爆炸冲击性能仿真研究

为提高某型车车身底部的防护性能,设计了底部带有双V型防雷组件的防护型车身.针对无防雷组件和装有防雷组件的两种车身底部结构,分别进行了基于ALE算法的抗爆炸冲击性能仿真分析.通过对比相同边界条件下两种车身底部结构的抗爆炸冲击性能,得出带有双V型防雷组件的防护型车身底部结构能有效提升车身底部对爆炸冲击的防护性能.通过仿真与试验验证了仿真分析方法的可行性.该研究对军用车辆底部抗爆炸冲击防护性能研究具有一定指导意义和实用价值.     

响应面法在圆柱壳体结构优化设计中的应用

以爆炸过程使金属圆柱壳体结构内层分离时所需炸药量最小为目标,其某些尺寸为设计变量,外层结构上最大值为约束,对圆柱壳体结构进行优化.利用有限元显式程序模拟圆柱壳体的高度非线性爆炸行为.采用中心对称试验方法选取样本点,运用响应面法建立优化模型.利用Matlab中QUADPROG优化模块得到该响应面的最优解.上述优化过程不断重复,直到圆柱壳体结构最优的一组几何尺寸得到为止.研究结果表明响应面法应用于在侧向爆炸冲击作用分离的圆柱壳体结构优化问题上是可行的,具有提高计算效率、缩短设计周期等优点.     

基于响应面方法的喷水推进器进水流道多目标优化

为提高喷水推进器进水流道的流动性能,在给定进水流道出口直径D、流道高度H和流道总长度L等条件下,针对目标变量流道效率η、出口速度加权平均角θ和出口速度不均匀系数ξ,基于响应面方法对倾斜角α和过渡段半径R_T进行优化设计。采用中心复合设计法和拉丁超立方法生成35组样本点,建立目标变量随设计变量变化的响应面模型,进行局部敏感性和全局敏感性分析,发现倾斜角α对不同目标变量的影响程度均高于过渡段半径R_T. 采用多目标遗传算法对η、θ和ξ进行优化分析,得到满足条件的Pareto解。研究结果表明：优化之后,η从91.2%提高至94.1%,θ从82.5°提高至87.1°,ξ从0.152降低至0.068.     

爆炸环境下乘员约束系统参数分析及优化

针对特种车辆在底部爆炸环境下乘员座椅受到瞬时高强度冲击时的防护性能进行研究,建立整车爆炸环境,利用仿真计算与试验所得座椅底座加速度进行乘员约束系统冲击输入验证,借鉴普通乘用车加权伤害准则,对乘员约束系统中弹簧刚度、黏性阻尼系数、坐垫刚度与安全带刚度四因素运用试验设计、响应面技术进行相关参数灵敏度分析,并通过遗传算法对代理模型完成参数优化工作,研究发现:优化后的乘员约束系统参数相对初始值达到10.5％的综合防护性能提升.     

军用车辆底部防护研究与发展综述

底部防护对提高军用车辆的战场生存性和形成有效的乘员保护有着重要的意义,是当前军用车辆领域研究的主要方向之一。综述了军用车辆底部防护技术研究、基于数字仿真的防护能力分析与结构优化、车辆底部防护能力评价、防护策略及其应用、主要车辆底部防护技术措施及能力现状。阐述了 “V”形底部结构、基于新型材料的平板形底部结构、车辆内部结构及乘员约束系统等车辆底部防护技术措施;论述了数字仿真技术在车辆底部防护能力分析及底部结构优化方面的应用及研究情况;分析了爆炸冲击对车辆内部乘员的影响及车辆底部防护能力试验评价研究现状;归纳了局部简易防护、局部加装防护组件、专用防护车身加组件和整体综合防护解决方案等车辆底部防护策略;统计了现有主要防护型车辆底部防护技术措施及能力现状。在此基础上提出了军用车辆底部防护技术研究重点,并对不同类型车辆底部防护能力的发展进行了展望。     

军用车辆底部爆炸冲击下载员下肢保护装置设计与优化

针对车辆底部爆炸冲击下载员下肢因地板冲击发生严重损伤的问题,结合柔性地板结构和防雷脚垫结构,设计了车辆载员下肢保护装置。采用整车爆炸仿真对下肢保护装置防护性能进行分析,研究设计参数对防护性能的影响,确定较优的设计;对较优的下肢保护装置进行静刚度分析,确定其能够提供足够的日常支撑力。对下肢保护装置的设计进行多目标优化,获取该优化问题的一个最优设计方案;通过整车爆炸仿真和试验验证设计方案。结果表明,该方案能够有效降低载员下肢所受冲击,显著提高乘员下肢的防护能力。     

蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

金属基蜂窝夹层板具有优越的性能,如比强度高、绝缘性、耐撞性、设计多样性等,在航空、航天、汽车、船舶等领域的应用研究引起国内外学者的重视,各国海军开展了大量的研究工作。基于舰船底部板架进行了蜂窝式夹层板概念设计,分析并提出了抵抗水下冲击波载荷的综合防护指标,并对三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板结构进行正交试验优化分析及验证。研究表明,正交试验设计能有效的解决蜂窝式夹层板优化问题,试验指标是决定防护性能优化结果的关键因素,正交试验设计结论可用于指导舰船防护结构设计。     

复合蜂窝夹芯板的防弹机理及其应用

概述了复合蜂窝夹芯板的特性及其在军用、民用防护装备中的应用,讨论了新型钢质蜂窝夹芯板的结构设计、性能特点、制造方法和防弹机理,探讨了利用其轻质结构和优异的防弹性能,制备高性能、低成本防弹车和人体防护材料(防弹衣、防弹背心、防弹头盔)用防弹板的可行性。     

基于PDM 系统的机电产品数字化协同设计平台

针对简单任务分解的设计方法设计周期比较长、成本高等缺点,提出一种基于Pro/E、Altium Designer及 CHS与 PDM进行系统集成的数字化协同设计平台的框架方案。结合车辆领域型号项目数字化技术的应用实践,探索研究了数字化技术应用的基本条件,重点分析机电一体化产品结构、自顶向下的产品协同设计和三维电缆协同设计这3项关键技术,并提出需要注意的问题。实践结果表明：该方案进一步提高了机电产品设计中多学科多专业设计人员协同设计的效率,对兵器行业的数字化研究与实践提供了有益的借鉴。     

基于PDM系统的机电产品数字化协同设计平台研究

针对简单任务分解的设计方法设计周期比较长、成本高等缺点,提出一种基于Pro/e、Altium Designer及CHS与PDM进行系统集成的数字化协同设计平台的框架方案。结合车辆领域型号项目数字化技术的应用实践,探索研究了数字化技术应用的基本条件,重点分析机电一体化产品结构、自顶向下的产品协同设计和三维电缆协同设计这3项关键技术,并提出需要注意的问题。实践结果表明：该方案进一步提高了机电产品设计中多学科多专业设计人员协同设计的效率,对兵器行业的数字化研究与实践提供了有益的借鉴。     

大型旋转飞行器在非线性不对称支承条件下的发射特性分析

以大型、远程旋转火箭为例 ,将飞行器仿真为具有多个非线性、不对称支承的 Euler-Bernoulli旋转梁 ,根据有限元方法和 Hamilton原理建立飞行器的运动控制方程 ,利用分段线性化方法近似弹性支承的非线性刚度 ,数值仿真并分析了推力偏心、质量偏心、结构柔性和支承非线性等因素对飞行器动力响应的影响 ,可望为新一代、高精度旋转飞行器的设计提供理论参考     

鸟体撞击蜂窝夹层板的动力响应分析研究

用数值模拟方法研究了蜂窝夹层板在鸟撞速度为80 m/s和120 m/s冲击速度下的动态响应、能量吸收特性以及冲击能量耗散途径和规律。研究表明:金属蜂窝夹层板在80~120 m/s冲击速度下能够较好地吸收鸟体撞击产生的冲击能量;能量吸收的主要机制为夹芯的逐步压溃、撕裂,面板的弯曲和拉伸变形。对蜂窝夹层板能量吸收起主要作用的是上面板,例如:当鸟体以80 m/s的速度撞击蜂窝结构,上面板吸收的能量占蜂窝板吸收能量的60%.在质量不变的前提下,改进了冲击速度为120m/s的夹层板结构,改进后的模型比原模型有更好的吸能防护效果。     

近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯复合舱壁结构毁伤特性实验研究

为提高近距爆炸破片作用下夹芯结构的毁伤机理和防护能力,采用梯恩梯和预制破片开展了近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯结构的联合毁伤实验研究。揭示了破片的载荷特性,分析了芳纶纤维夹芯结构中各层结构的破坏模式,探讨了其抗毁伤机理,并与文献\[14\]中典型夹芯结构的防护能力进行了对比和排序。结果表明：夹芯防护结构中芯层起到了毁伤载荷的“中介”转化作用;通过对后面板撞击挤压,把着靶面积小、作用时间短且破坏能力强的破片点载荷转换为作用面积大、持续时间长的压力面载荷,扩大了载荷作用范围。综合材料质量和防护能力来看,气凝胶毡隔温层/高强聚乙烯夹芯结构防护能力优于芳纶纤维夹芯结构。     

某空间光谱仪高稳定性光机结构设计

针对某空间傅里叶变换光谱仪部组件数量多、资源紧张、高稳定性需求等难题,提出了双层集成式结构构型方案,解决了光谱仪空间布局尺寸超出要求和主体结构稳定性差的问题.介绍了空间傅里叶变换光谱仪工作原理、光学组成、光机主体结构设计难点和解决方案、双层集成式结构的设计方法和优点、以及对整机力学稳定性至关重要的组件--碳纤维铝蜂窝复合材料板的详细设计方法.建立了碳纤维铝蜂窝复合材料板和光谱仪的有限元模型,通过计算验证了星载傅里叶变换光谱仪双层集成结构的可靠性.对比光谱仪的正弦试验结果和有限元分析结果,证明设计和分析的正确性.     

点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题研究的综述

点阵金属夹芯结构是一种具有良好缓冲吸能特性的新型材料结构。为全面了解其在抗爆炸冲击方面的力学性能和在轻质装甲防护结构方面应用的潜力,介绍了新型点阵金属材料的基本概念;分析了点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击过程的理论分析模型、夹芯结构的变形失效形式、抗爆吸能特性和相关影响因素;讨论并展望了点阵金属夹芯结构的发展趋势。