机翼气动结构耦合数值分析方法

针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台.该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节.算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题.     

结构优化设计的改进交叉熵支持向量机方法

针对工程优化设计中隐式函数和高计算量困难,提出了支持向量机与改进交叉熵算法的组合优化算法。采用在设计变量空间内分布更为均匀的拉丁重心Voronoi结构抽样方法(Latinized centroidal Voronoi tessellation,LCVT)获得试验点,进而利用支持向量机得到高精度的代理模型。同时采用改进交叉熵方法,引入"全局精英样本"与"局部精英样本"概念,构建新的参数更新策略,以充分提取迭代过程中的隐含的有用信息。同时增加变异操作避免陷入局部最优。通过2个数值算例验证改进交叉熵支持向量机方法优于传统交叉熵支持向量机方法,利用1个工程算例验证改进交叉熵支持向量机方法在工程领域的可行性。     

双腔油气式缓冲器低压腔油孔面积的选择

阐述了双腔油气式缓冲器的结构及受力形式,建立了双腔油气式缓冲器垂向的动力学微分方程组,利用拉普拉斯变换建立了此微分方程的线化方程组的传递函数矩阵。并以某型双腔油气式缓冲器为基础,用数值方法研究其在正弦激励下的垂向动力学特性。计算了在不同的激励频率,不同的激励振幅下稳态的最大位移系数以及最大载荷系数,并考虑了不同低压腔油孔面积的影响。计算结果与传统的线化系统的特性进行了对比。对比结果表明,原系统的动力学特性与线化系统有较大的差异。     

复合材料宏观强度准则预测能力分析

对复合材料宏观强度准则进行了总结和评述,对最具有代表性的5种强度准则的预测能力进行了综合评估。首先,由各强度准则得到了不同平面应力状态下AS4/3501-6材料的理论失效包线,以此阐明了各强度准则的物理本质。然后,考虑到强度的分散性,采用Monte-Carlo方法并基于各强度准则建立了4种材料的概率失效包线和强度分散带。最后,结合多组试验数据,客观评估了各强度准则的预测能力。评估结果表明:各强度准则的预测结果都不可能完好地吻合所有的试验结果;相比于Max-Stress准则、Hashin准则和Tsai-Wu准则,Puck准则和LaRC03准则的预测能力相对较好,且对复合材料的损伤机理有更为合理的解释。     

基于CATIA CAA的桨毂与自动倾斜器参数化骨架模型与运动分析

桨毂与自动倾斜器是直升机操纵系统中最关键的部分,由于结构和运动复杂,在设计阶段需要设计人员重复建模及分析,效率较低。根据桨毂与自动倾斜器的结构特点和运动原理,对其自由度进行分析,建立了桨毂与自动倾斜器参数化骨架模型,并基于CATIA CAA技术开发了参数化模型快速生成、仿真运动分析程序。通过实例模型分析关键部位轴承的运动规律,验证了此方法的可行性和快速性,为桨毂与自动倾斜器的快速设计打下了基础。     

基于拓扑优化的薄板加筋方法研究

针对常规薄板加筋方法中加筋比和厚度比的选取具有一定随意性的问题,通过编程实现最优加筋比和厚度比的选取。鉴于常规加筋方法中设计变量较单一,通过对基板的拓扑优化,将薄板加筋结构中的筋条布局设计跟拓扑优化方法联系起来,使结构中筋条的布局设计问题转化为基板中材料的分布问题,增加了筋条的设计变量。相对于常规加筋方法,拓扑优化指导加筋的方法能够达到减重的效果。     

三向受压下单向复合材料层板破坏的细观力学分析

本文从细观力学出发,提出一种新的基于物理失效机制的细观失效准则。该准则基于Mohr-Coulomb准则并侧重考虑了压缩载荷下组分材料的损伤模式和失效机制,指出压缩失效时压应力会阻碍断裂面的剪切破坏,并深入研究了纤维压缩失效模式,在纤维折断失效准则中引入纤维折断破坏面上剪切强度的概念。采用本文提出的准则对WWFEII(the Second World Wide Failure Exercise)中单向板算例进行失效预测和定量评估,并与Puck、Pinho、Cuntze、Carrere、Tsai-Ha、Hansen和Huang准则的预测结果进行对比,表明在三向载荷下本文提出的细观失效准则在8种失效准则中拟排名第一。研究了静水压力对基体强度的影响,得出影响因子仅与单轴压缩断裂角有关的结论。探讨了WWFEII各强度准则间关于失效包线是"张开"还是"封闭"的重要分歧,认为复合材料在三向压应力状态下失效包线是否为"张开"和"封闭"没有统一的标准答案,而是与复合材料的纤维体积含量、纤维和基体的力学性能、基体随静水压力力学性能的变化及基体的单轴压缩断裂角有关。     

客机机身剖面外形的优化设计

机身剖面外形设计是客机总体设计的一个重要方面。在分析机身剖面类型和设计流程的基础上,研究了客机机身剖面的参数化设计方法。根据客舱段的主要控制参数,利用优化方法对机身剖面外形参数进行优化设计,开发了快速生成最优客舱剖面外形的计算程序,为客舱设计提供了一个工具,应用这一设计工具进行客舱剖面外形设计,可以有效缩短设计时间。     

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。     

灰色模型在不确定性疲劳寿命预测中的研究

考虑影响疲劳寿命因素的不确定性,应用灰色理论进行疲劳寿命预测。提出了基于线性GM(1,1)模型和非线性灰色Verhulst模型预测构件疲劳寿命的新方法。利用试验数据进行分析和计算,结果表明:基于传统Miner方法的疲劳寿命预测误差为61.4%;基于线性GM(1,1)模型的预测误差为24.1%;基于非线性灰色Verhulst模型的预测误差降低到17.5%。基于灰色模型预测的结果均偏向安全,说明灰色模型在不确定性疲劳寿命预测中具有较好的预测精度和潜在的工程实用价值。