CK1E飞机颤振模型的结构动态设计

本文提供了有限元逆特征值法、两步修改的结构动态设计方法。用这些方法分别设计了CKIE飞机颤振模型的垂直尾翼和水平尾翼,满足了给定的固有频率、固有振型、重量和重心等要求。最后,设计的模型得到了振动试验的验证,实验结果表明设计是成功的。     

高性能风洞颤振模型的性能精确制造研究

复合材料结构相似风洞颤振模型是一种先进的颤振模型结构形式,对于新一代飞机研制所必经的风洞颤振试验有重要意义。对于先进的风洞颤振模型,其模型外形几何参数以及整体刚度、刚度分布、整体质量、质量分布等特征参数均有较高的精确性要求,加之复合材料性能组成复杂,加工性能较差,传统制造方法不能实现对于该类产品的性能参数的精确保证,因此需要新的制造方法。针对复合材料结构相似风洞颤振模型的制造难题,利用复合材料的力学性能可设计性,实现对于颤振模型性能参数的精确保证,并提出了一种针对模型性能参数的精确制造方法。以此方法制造了一系列机翼,尾翼颤振模型。工程实践证明,该方法可以有效保证颤振模型的几何与性能特征参数的精确性。     

面向飞机颤振模型设计的结构拓扑优化研究

飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标、兼具结构相似要求的反求问题。针对拓扑优化方法只能得到不规则孔洞而无法满足模型相似要求的难题,提出了一种含规则几何约束的结构拓扑优化方法,并将基于单元材料特性更改的方法与双向渐进结构法相结合,利用敏度再分配方法,实现了以频率为目标、具有规则孔洞的结构拓扑优化,且有效抑制了优化中的棋盘格式和局部模态现象。某飞机机身壁板的优化算例证明,该方法能设计出具有给定固有频率的结构,并使之与原机身具有一定的结构相似性。     

面向机身颤振模型结构设计的拓扑优化方法

飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标且具结构相似要求的反求问题.为了实现设计兼具结构和弹性特征相似的机身比例模型的目的,提出基于拓扑优化技术的机身颤振模型结构设计方法.该方法采用含规则几何形状的有限元集合描述机身骨架的结构特点,引入独立于有限单元网格的"节"作为结构修改的基本单位,构建与原机结构相似的格栅骨架加蒙皮有限单元模型,并将拓扑优化中的相邻敏度分配法与双向渐进结构法相结合,实现了以频率为目标、以体积为约束的拓扑优化.经过某圆筒机身的颤振模型优化算例证明,该方法有效地保证了优化后模型与原模型的结构相似性,并且达到了给定的固有频率,为飞机颤振模型设计提供了有益的借鉴方法.     

一种相似常数的确定方法及其在转子模型设计中的应用

提出了一种基于优化理论的相似常数确定方法,即以相似常数为优化变量,以模型的某些功能相似指标为优化目标,采用合适的优化算法寻找出最优解,从而确定相似常数。继而将该方法应用于某转子系统缩比模型相似常数的确定,对方法的可行性进行了验证。根据该方法建立的缩比模型与原型满足特定相似,两者既可能完全相似也可能不完全相似,而根据相似理论建立的缩比模型仅仅是根据本文方法建立的所有缩比模型中的一个特例。该方法较好解决了不完全相似模型相似常数的合理取值问题。     

复合材料层合板相似模型的几何区间确定方法

针对复合材料层合板类结构的相似试验模型的设计问题,提出一种在固有特性相似的情况下,不完全几何相似(畸变)模型的尺寸区间确定方法。用量纲分析与平衡方程分析相结合,建立层合板模型与原型间的相似关系,导出三种固有特性相似关系式。以一种常用复合材料层合板为例,在深入研究使模型与原型在一阶固有相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时,畸变模型的尺寸适用区间确定方法的基础上,利用解析和有限元法相对照,最终得到复合材料层合板模型和原型在不同阶次下,固有特性相似的畸变模型几何结构适用区间的确定方法,并进行了试验验证。该研究结果为层合板的相似模型设计问题奠定了理论基础。     

基于装配结构相似的零件三维模型检索方法

提出一种基于装配结构相似的零件三维模型检索方法.将零件功能表面类型、相对位置、朝向以及面与面之间拓扑关系抽象成定性符号集合,并分别用功能面邻接图和定性几何约束图来定义零件功能表面间的拓扑关系和定性空间关系,建立零件装配结构定性模型.功能面邻接图中的环结构和分支结构分别通过断环和圆括弧描述,这样,零件装配结构就可以用字母和数字的线性序列来表示.借鉴化学数据库中化合物的线性符号表示法,对装配结构进行编码,通过装配结构码,建立零件装配结构的检索机制.并以轴承端盖为例验证方法的有效性.     

跨声速风扇叶片的反扭设计研究

发展适合于叶轮机械风扇叶片反扭设计的流固耦合计算方法,综合考虑气动力和离心力对叶片变形的影响;以设计叶型为目标,预测冷态加工叶型并进行叶片的变形分析,比较变形后叶型和设计叶片的偏差并修正冷态叶型直到迭代收敛.在叶片变形分析中考虑了气动力随叶型变化的非线性作用,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片变形的控制方程并交换边界信息;流体域求解了时间精确的非定常雷诺平均Navier-Stokes方程,以得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动动力学方程得到;流体域和固体域的信息交换采用了一种使用投影-形函数插值的新方法.采用该方法对NASA ROTOR67风扇叶片进行反扭设计,得到冷态制造叶型和叶片扭转角随叶高的变化规律.     

等环量级轴流风机的相似和准相似设计方法

对等环量流型轴流风机的准相似设计(内径或外径不按几何相似设计)方法进行了研究,导出了相似和准相似设计性能换算的通用公式。从而可以利用少量的性能优良的模型级,扩大轴流风机的气动性能参数范围,满足工程上各种参数的要求,并实现性能优化设计。     

跨声速涡轮级三维流场的数值模拟

采用FLUENT软件对某变循环发动机的高压跨声速涡轮级的三维粘性流场进行了数值模拟计算,使用混合平面法实现涡轮级动、静三维流场联算,计算中分别采用两个典型的双方程模型RNGk-ε模型和realizable k-ε模型,并将计算结果进行了对比,结果在一定程度上表明在分离流计算和带二次流的复杂流动计算中,Realizable k-ε模型的计算结果更精细一些.同时分析了其内部流场以及通道内总压损失的分布情况,为进一步改进叶型设计提供了理论依据.     

现代机械产品设计在新产品开发中的重要作用--兼论面向产品总体质量的"动态优化、智能化和可视化"三化综合设计法

机械设备正在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展,对机械设备的设计质量提出了愈来愈高的要求,现代机械产品设计在新产品开发中起着头等重要的作用.讨论了产品广义质量所包含的内容,阐明了产品的设计对产品综合广义质量(包括结构性能、工作性能与制造性能)的重要影响.提出了一种基于动态优化设计、智能化设计与可视化设计(局部虚拟设计)的三化综合设计法,介绍了该法的主要内容和特点,所提出的这种方法可以在较大程度上满足用户对产品综合广义质量的要求.该法已在某些新产品开发中加以应用,取得了良好的效果.     

接触条件下组合结构的动力学分析

组合结构的动力学分析中因存在高度非线性的接触边界而成为有限元分析中的技术难点。文中直接采用接触单元和非线性算法,对组合结构进行模态计算和接触状态稳定性能分析。在分析接触算法中影响组合结构刚度矩阵变化的因素、在何种程度下可以将组合结构线性化的机理的基础上,讨论组合体受预紧力时的组合模态、不同摩擦因数对组合结构模态的影响,进行不同预紧力下组合结构抗干扰能力的计算。通过该理论得到的规律和结论可以指导其他组合结构的动力学计算,并且排除以往分析方法由于使用人员不同、分析经验不一样而导致的计算结果随机性和不正确性,对组合结构的动力学分析提出新思路、新方法。     

一种栅格形缓冲装置结构设计方法研究

针对一种栅格形缓冲装置的动态冲击工况,采用SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验系统对相关材料的动态力学性能进行试验研究,获取相应的动态力学性能参数.采用动边界及动网格技术,建立基于流固耦合的缓冲装置仿真计算模型,并根据能量等效和速度一致的原则开展缓冲装置压溃试验,对仿真计算模型进行修...     

基于复合材料层板稳定性的铺层参数优化设计方法

提出一种基于复合材料层板稳定性的铺层参数优化设计方法,首先利用最大应变能准则优化分层厚度,利用库塔条件推导出层合板单元厚度迭代公式优化单元厚度,两步交替进行,完成层板厚度与铺层比例优化;在此基础上采用遗传算法优化层合板铺层顺序,最终设计出满足稳定性要求的最佳层合板铺层.通过算例分析表明,文中方法与传统方法相比收敛速度明显提高.同时,最佳的厚度分布也为层合板加筋设计提供理论参考.     

HYPERSTATIC STRUCTURE MAPPING MODEL BUILDING AND OPTIMIZING DESIGN

Hyperstatic structure plane model being built by structural mechanics is studied. Space model precisely reflected in real stress of the structure is built by finite element method (FEM) analysis commerce software. Mapping model of complex structure system is set up, with convenient calculation just as in plane model and comprehensive information as in space model. Plane model and space model are calculated under the same working condition. Plane model modular construction inner force is considered as input data; Space model modular construction inner force is considered as output data. Thus specimen is built on input data and output data. Character and affiliation are extracted through training specimen, with the employment of nonlinear mapping capability of the artificial neural network. Mapping model with interpolation and extrapolation is gained, laying the foundation for optimum design. The steel structure of high-layer parking system (SSHLPS) is calculated as an instance. A three-layer back-propagation (BP) net including one hidden layer is constructed with nine input nodes and eight output nodes for a five-layer SSHLPS. The three-layer structure optimization result through the mapping model interpolation contrasts with integrity re-analysis, and seven layers structure through the mapping model extrapolation contrasts with integrity re-analysis. Any layer SSHLPS among 1~8 can be calculated with much accuracy. Amount of calculation can also be reduced if it is applied into the same topological structure, with reduced distortion and assured precision.     

楔环连接结构参数化有限元优化设计

利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,建立楔环连接结构的参数化有限元模型。为提高该连接结构的强度,文中以楔环尺寸及环腔倒角为设计变量,以结构最大应力比为目标函数,建立优化数学模型,采用梯度法进行求解,优化后的结果表明,拉伸载荷下结构的最大等效应力降低26．4％,安全系数由1．08提高到1．46,且结构的刚度得以增强。文中的实践说明,采用非线性有限元法和优化方法对连接结构进行优化能够取得满意的效果。     

基于ANSYS的三维建模方法与热挤压模具的优化设计

挤压模具经常发生桥断、桥裂。文中利用有限元软件ANSYS为工作平台,利用其二次开发语言ANSYS parame design language(APDL)为工具,对铝型材热挤压模具实现了三维实体建模,并在此基础上进行有限元分析和优化设计,得到此模具的三维应力分布图,发现该种模具的模桥应力集中相当严重,应力分布极其不均。并获得挤压模具最优结构尺寸参数,使应力集中明显减小,寿命显著延长。     

正置正交加筋薄壁柱壳优化设计参数化有限元方法研究

利用有限元软件建立轴压正置正交加筋薄壁圆柱壳的参数化有限元分析模型,研究结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。随着蒙皮厚度的增加,结构的屈曲模式由局部屈曲逐步变化到总体屈曲,屈曲载荷上升;随着加筋厚度或宽度的增加,由总体屈曲变化到局部屈曲,屈曲载荷上升。通过等体积时的参数变化对屈曲载荷和屈曲模式的影响研究,表明在对应某体积的设计中,只有一种设计使结构屈曲载荷达到最大,而当此最大的屈曲载荷等于设计载荷时,是最轻重量的设计。在此基础上发展一种基于APDL(Ansys parametric design language)语言的薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,利用该方法给出设计算例的优化结果。