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。     

复合材料无人机弓形起落架有限元仿真与优化

针对目前存在的问题及需求,根据某型号无人机总体要求,进行了复合材料起落架结构设计与有限元仿真。根据起落架的承载特点进行了复合材料弓形梁减震结构铺层初步设计。建立了起落架弓形梁有限元优化模型,对复合材料铺层厚度进行优化。优化目标为结构重量最小。结合有限元计算结果和实际制作工艺,确定了最终的铺层厚度。最终计算结果表明,优化后的结构满足强度刚度要求,结构重量减小27.2%,提高了材料使用效率。     

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.     

基于整数编码并行遗传算法的复合材料螺旋桨结构优化设计

提出一种针对大型复合材料结构铺层厚度和铺层顺序同时进行优化的整数编码并行遗传算法,并将该优化方法应用于复合材料螺旋桨结构优化问题.首先,在区域划分的基础上,对每一单层设定一个长度控制因子来决定单层的铺设区域,以实现对大型复合材料结构的整体一次性优化.然后对遗传算法进行改进,使之成为一种能同时优化铺层厚度和铺层顺序的高效算法.并采用并行编程语言标准MPI( message passing interface)构建并行编程环境,利用主从式并行遗传算法框架,实现遗传算法在单机多进程上的并行计算.最后针对复合材料螺旋桨结构进行优化设计,以验证该方法的高效性,并分析并行遗传算法的加速效果.     

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ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化

应用ANSYS软件对平板封头压力容器进行应力分析和结构优化设计.结合机械优化设计方法,采用ANSYS软件中提供的一阶优化方法,得到精确方案,在满足应力强度要求下容器重量下降4.7%,优化结果明显.该方法对压力容器在工程中的应用起到一定作用.     

复合材料尾梁开口区有限元优化设计

利用有限元分析方法,计算直升机尾梁连接平尾开孔区域的应力分布,并以此为依据设计并优化复合材料结构替代原金属结构。对比两种不同材料的有限元分析结果,发现复合材料层压板可以替代金属,作为直升机尾梁及开口区结构材料,并且可以有效减轻结构重量。利用一种新的模块化铺层替代方法对复合材料铺层厚度进行优化设计,得到合理的铺层优化方案。     

复合材料结构自动纤维铺放加工路径优化方法

将复合材料结构铺层数量、铺层厚度和铺丝角度作为优化问题的变量,提出一种适用于复合材料结构的纤维丝束自动铺放路径规划的优化设计方法,以降低复合材料构件总质量为主要优化目标,按照结构应力方向选择纤维角度,根据应力大小确定铺层厚度,根据应力分布位置决定铺层数量,在包括结构强度和纤维丝束曲率半径在内的约束条件下,使复合材料构件的总质量最小化。以类三棱柱复合材料立体结构为主要研究对象,利用有限元分析工具构建并实现铺贴丝束材料模型,根据各种载荷对铺丝层压结构进行了实验验证。     

大型复合材料结构实用优化设计技术研究

充分利用复合材料的可设计性,设计出满足结构刚度强度以及气动弹性等性能指标要求且使结构重量更轻的飞行器结构.先应用几何建模软件CATIA进行飞行器尾翼结构几何外形的确定,接着应用大型工程软件Hypermesh进行了其结构的有限元模型的建立,并且应用了区域划分技术,然后在数值计算仿真的基础上,对飞行器结构的各构件几何参数实施了工程优化设计;针对其复合材料的三种经典铺层角度按照一定的铺层比例进行优化设计分析.因此总结出诸多有意义的实际工程应用经验.     

机床用碳纤维传动轴设计与分析

根据机床传动轴的设计参数,设计了碳纤维传动轴,确定了铺层层数及厚度.在此基础上,根据碳纤维布的铺层原则,制定了6种铺层方案,通过比较几种方案的变形和应力分布,从中选取最优铺层方案.运用ANSYS有限元仿真软件,对设计的碳纤维复合材料传动轴,进行静态扭转分析和模态分析,得到其扭转性能参数和固有频率,根据仿真结果可知设计的碳纤维传动轴能够满足机床传动轴的使用要求.     

装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响

装载机的工作装置主要为焊接结构，本文根据某新型国产装载工作装置的实际结构，模拟简化了七种焊接接头，试验研究了这些接头的疲劳强度，给出了不同接头的１０条Ｓ－Ｎ曲线，同时还就焊脚尺寸对不同载荷形式下十字接头及丁字接产砂疲劳强度的影响进行了研究，对不同载荷形式临界焊脚尺寸的大小进行了讨论；并根据试验所得Ｓ－Ｎ曲线及国产装载机动臂的实际载荷谱，对三种机型动臂的疲劳寿命进行了估算，估算结果有力地支持了国产新     

在超塑性压缩状态下矩形断面条料的变形力计算

本文利用超塑性力学方程式S (ij)=2/3K（ε e）{sup}(m-1)ε (ij)对矩形断面条料在超塑性压缩状态下,采用主应力法与能量方程进行推导,得到变形力计算的理论公式。近拟地估计Zn－22%Al合金在250℃下的单位平均压力P (avc),与经验数值基本接近。     

在金属超塑性状态下用工程计算法计算反挤压时变形力

本文采用工程计算法（即主应力法）对金属超塑性状态下反挤压时变形力进行推导,得到其单位平均压力,对锌铝共析合金作了计算,与试验所得值接近。可作为近似地变形力估算来参考采用。     

采煤机含间隙行走机构驱动速度对滚筒随机载荷的影响

为了研究牵引速度对采煤机滚筒工作载荷的影响,建立截割部与牵引部相互耦合的动力学系统模型,并考虑截割阻抗为随机量,服从正态分布,运用数值仿真的方法对其求解,并对结果运用数理统计方法得出采煤机滚筒三向力的均值及标准差;研究结果表明,滚筒三向力的均值和方差随着初始牵引速度的增加呈递增趋势,最后经仿真值与实验测量值对比,验证了模型的准确性。     

薄壁构件的长度对抗撞性影响的研究

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的长度对抗撞性的影响;经过数值分析,得出正方形截面薄壁构件的比吸能关于构件长度和截面边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定基础.     

采煤机端盘截齿载荷特性研究

为研究采煤机端盘截齿的载荷特性,以MG500型采煤机滚筒为研究对象,采用非线性动力学仿真软件LSDYNA建立采煤机螺旋滚筒与被截割煤岩的有限元模型,利用该模型研究了斜切工况下端盘截齿的受力特点和截齿载荷特性随安装参数的变化规律。研究表明:斜切进割过程中,端盘截齿截割阻力和滚筒截割阻力矩随端盘截齿圆周切向安装角的增大而减小,随端盘截齿截距的增大而增大;滚筒截割阻力矩的特征值均随圆周切向安装角的增加其减小的趋势随之减缓,随截距的增大其增加的趋势也随之增强;为使滚筒拥有良好的截割性能,端盘截齿宜选用较大的圆周切向安装角和较小的截距。     

飞机结构紧固件柔度计算公式研究

紧固件柔度是飞机连接部位疲劳寿命的重要影响因素,常常作为飞机结构疲劳寿命分析的主要参数。通过材料力学和弹性力学理论对紧固件的柔度计算公式进行了推导,根据计算过程中的假设和各种不确定因素,提取出了柔度计算公式中的待定系数,然后利用有限元软件计算出的不同材料和尺寸柔度值对柔度计算公式进行修正,确定其待定系数,最后再利用紧固件柔度的试验值对有限元修正公式进行试验修正,得到更合理和准确的柔度计算公式。     

基于Pareto前沿的单晶Si放电加工工艺参数优化

针对电火花加工复杂、时变、多参数的特点,在单晶硅Si放电成型加工可行性的基础上,对材料去除率和表面粗糙度等工艺目标进行综合评价。采用中心组合设计实验综合考察峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔对P型单晶Si放电成型加工过程中材料去除率以及表面粗糙度的影响程度,通过响应曲面法分别获得材料去除率和表面粗糙度的二次响应模型,方差分析结果表明模型具有很好的拟合程度和适应性。以提高材料去除率和降低表面粗糙度为目标建立工艺参数优化模型,设计遗传算法对优化问题进行求解并得到Pareto最优解集。实验结果表明,料去除率的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.8%,表面粗糙度的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.3%。表明该算法能有效快速的实现P型单晶Si放电成型加工过程的工艺参数优化。     

直缝焊管成型机组的力能参数研究

本文根据弹塑性弯曲变形的原理,分析了各直缝焊管成型机座的变形过程,从而提出了确定其力能参数的计算方法。又根据无限长管局部均布受压的物理模型,导出按定经量及弹复量确定钢管定径尺寸以及万能参数的计算方法。最后,按静负载和动负载,并参考电动机控制系统的完善情况,确定所选电动机的功率。带钢弯曲成型和定径是生产电焊钢管的主要工序。认识和了解网管弯曲成型的过程及其力能参数计算,对于进行电焊钢管成型机组的设备设地和挖掘生产潜力,有一定的现实意义。然而国内外在这方面的研究甚少,致使我们在设计时,深感资料缺乏。已查到的各种成型力计算,其计算结果相互间差距很大,难于以之作为根据。作者在国内外学者所进行的基本理论分析基础上,提出了直缝管成型机组力能参数计算方法,并进行了大量实验研究,确认两者之间是相当符合的。下面是我们的研究结果。