二代伞兵战车的缓冲气囊系统参数优化设计

目的对一代伞兵战车缓冲气囊进行优化,设计出满足二代伞兵战车着陆安全的缓冲气囊。方法基于现用的缓冲气囊,结合有限元仿真、试验设计,建立以气囊参数为设计变量、战车着陆冲击加速度峰值为目标函数的支持向量回归(SVR)模型。用遗传算法对现有气囊的宽度、高度、排气孔面积、排气孔爆破压强进行参数优化。结果优化后的缓冲气囊系统将二代伞兵战车的冲击加速度峰值降低了73.4%,着陆减速过程变得平稳顺滑。结论成功地对现有缓冲气囊的参数进行了优化改进,得到了适用于二代伞兵战车的缓冲气囊,并且为决策者提供了多种气囊设计方案。     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

行星软着陆气囊缓冲系统动力学仿真研究

气囊缓冲着陆系统具有轻质、安全、环境适应性强等特点,能有效保护着陆过程中着陆器的安全,在行星探测中应用广泛。针对一种"水滴形"自扶正气囊缓冲着陆系统建立了动力学模型,描述了气囊基于接触和几何非线性效应在行星表面充气、降落、碰撞、回弹及再碰撞等着陆缓冲过程。依据动力学仿真结果获取了气囊初始气压、初始着陆速度、星表地形等对气囊内部关键部位缓冲过载的影响规律,验证了"水滴形"气囊缓冲着陆系统可实现自动扶正及弹开分离等重要功能特征。研究结果为未来深空探测采用的气囊式缓冲着陆系统的工程设计提供了理论指导和参考。     

冲压式空投气囊着陆缓冲性能仿真研究

目的 以冲压式空投气囊为研究对象, 对气囊的着陆缓冲过程进行有限元仿真, 以研究其缓冲性能。方法 使用SolidWorks软件建立了气囊和装备的几何模型, 导入到有限元分析软件Ansys/LS-DYNA中划分网格, 加载并进行求解, 并用后处理软件Ls-prepost对仿真结果进行分析, 得出了气囊的体积和压力变化曲线, 以及空投装备的位移、 速度和加速度的变化曲线。结果 气囊在着陆缓冲过程中的最大压力为0.198 MPa, 空投装备的着陆冲击加速度峰值为175 m/s（ 2 17.9g）。结论 空投装备的最大冲击过载是17.9g, 装备最大过载Amax＜允许过载20g, 气囊满足性能要求。气囊内压力峰值对于气囊的设计有重要影响, 以气囊峰值压力0.198 MPa为参考标准, 在气囊材料选取和气囊加工方面要确保气囊能承受相当的峰值压力, 以避免缓冲时气囊发生爆裂。     

圆柱筒式空投气囊缓冲模拟

目的研究某空投缓冲系统圆柱筒式气囊的缓冲过程,得出缓冲特性曲线,并校核装备冲击过载。方法基于有限元理论,利用Ansys中的显示动力学分析软件LS-DYNA建立气囊缓冲系统的有限元模型,采用粒子法,对气囊缓冲过程进行数值模拟,并与传统气囊仿真所使用的控制体积法进行对比。结果经模拟得出空投着陆缓冲过程中气囊排气口打开时间为63.4 ms,缓冲过程中的最大过载为13.3g,获得了缓冲高度、货台加速度等特性的变化规律。将气囊缓冲特性与使用传统的控制体积法仿真的结果进行了对比,排气口打开时间误差为10.7%,最大过载误差为8.6%。结论 2种方法的结果对比一致性较好,验证了粒子法进行缓冲气囊模拟的可行性,同时使用圆柱筒式气囊缓冲的最大过载满足装备空投对过载不超过20g的要求。     

载人防护缓冲气囊座椅的优化设计

针对设备载人空投过程中乘员防护的问题,设计出一种对乘员人体进行防护的缓冲气囊座椅,并采用MADYMO软件建立了缓冲气囊座椅数值模型,模拟该设备载人空投着陆中缓冲气囊座椅对乘员的缓冲过程。以减少人体的颈部损伤和胸部损伤为优化目标,利用微型多目标遗传算法对缓冲气囊座椅的充气质量、排气孔面积、排气压差以及缓冲气囊护颈的充气质量进行优化。该优化设计不但可以减少气囊座椅设计实验次数从而降低实验的成本,而且在载人空投防护技术领域具有一定的实际工程意义。     

深空探测气囊着陆缓冲系统的原理样机冲击动力学相似问题研究

研究深空探测气囊着陆缓冲系统的地面原理样机冲击动力学相似问题。首先,从理论角度出发,对气囊着陆缓冲系统的冲击动力学响应进行了推导,发现初始气压、气囊体积、接触面积、登陆舱质量和着陆初速度等参数对着陆冲击响应特征起主要影响。然后,给出了地面原理样机设计思路,并且在理论推导的基础上提出了利用地面原理样机冲击响应与外星环境下全尺寸气囊着陆系统冲击响应的动力学相似关系。最后,设计了几种不同参数的地面原理样机,通过数值模拟方法计算了火星环境下的全尺寸气囊系统着陆冲击响应和原理样机冲击响应,利用地面原理样机冲击响应计算结果和所提出的动力学相似关系对火星环境下的全尺寸气囊系统着陆冲击响应进行了估计,验证了所提出的动力学相似关系的有效性。     

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的 对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法 基于有限元方法, 建立着陆缓冲系统的有限元模型, 采用控制体积法, 利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟, 分析了气囊缓冲过程中气囊内压、 气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律, 以及气囊织布的弹性模量、 排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果 对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积, 当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时, 弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论 研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。     

考虑织布弹性的软着陆气囊缓冲特性研究

对缓冲气囊模型进行合理简化,从能量守恒和热力学基本方程出发,计入气囊织布弹性势能的影响,建立了缓冲气囊的物理解析分析模型,同时采用LS-DYNA对其有效性进行了验证。并基于该模型,进行了水平圆柱式气囊缓冲特性的研究。研究结果表明对于带固定排气口的水平圆柱式气囊,忽略织布弹性,得到的最大冲击过载值要比弹性织布气囊低,若织布的弹性模量小于0.2 GPa时,织布弹性对缓冲性能的影响更加突出。初始充气压力以及排气口面积对此类气囊缓冲特性同样有显著的影响。增加初始充气压力可以降低气囊缓冲过程中的最大冲击过载,但是有效载荷触地速度有所提高。排气口面积过小,释能不充分,气囊将发生反弹,排气口面积过大,能量转化不够,有效载荷触地速度较高。     

气囊着陆缓冲系统冲击动力学模型修正方法

针对气囊着陆缓冲系统的冲击动力学模型修正问题,首先建立了典型气囊着陆缓冲系统的冲击动力学仿真分析模型,考虑到结构动力学模型和气囊模型的相互独立性,提出对回收舱模型和气囊系统模型分别进行修正的分级修正思路;其次定义了关键点处冲击响应,解决了试验数据采样频率和试验触发不一致带来的计算结果与试验结果比较问题;就气囊着陆缓冲系统冲击动力学响应的典型特征,定义冲击响应置信因子评价计算结果与试验结果之间的吻合程度;以关键点冲击响应的试验数据与计算结果之间的误差范数作为修正目标函数,引入增广径向基函数构造修正变量关于修正目标的代理模型,将模型修正问题转换为优化问题进行求解;最后,通过典型气囊着陆缓冲系统冲击动力学试验和计算验证了所提方法的有效性。     

全向式多室连通气囊的缓冲特性研究

气囊缓冲技术广泛地应用于汽车、航空和国防工业等领域中。本文基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立了全向式多室连通气囊软着陆系统的有限元模型,并用试验验证了模型的准确性,完成了软着陆过程的仿真分析。通过合理设计工况,本文对全向式多室连通气囊的吸能特性进行了研究,分析了初始囊压、气囊直径、隔膜内孔直径和通气孔直径等对缓冲特性的影响。研究结论可用来指导全向式多室连通气囊着陆系统的设计。     

空降空投中的气囊缓冲包装技术

目的对目前缓冲着陆气囊的发展状况进行总结分析,对重装空投气囊着陆缓冲系统的性能进行评估。方法通过建立某重型装备气囊缓冲系统的LS-DYNA有限元模型,对该模型进行缓冲仿真计算,对着陆装备的速度历程和加速度历程进行分析。结果在重力加速度作用下,0.15 s时间内,仿真模型从4.8 m/s加速到触地速度为5.4 m/s;在气囊缓冲作用下加速度减为0时,继续加速到速度最大值,之后模型在反向加速度作用下急剧减速后产生反向速度,经过几次波动后最终速度基本为0,即着陆成功。结论仿真模型的速度和加速度的变化情况等都满足气囊安全着陆应有的规律,体现了仿真的可行性。     

空投着陆气囊缓冲系统环境适应性研究

目的 研究在空投着陆过程中, 气囊缓冲系统的缓冲特性和环境适应性, 分析空投着陆环境变化对气囊缓冲特性的影响。方法 以热力学理论和刚体动力学为基础, 建立空投着陆气囊缓冲系统动力学模型, 以此为基础编写气囊缓冲特性计算分析软件; 针对某型主-辅囊结构气囊进行地面冲击试验,对比验证了计算模型的正确性。结果 空投着陆海拔高度为0, 3000, 4500 m时, 空投装备着地瞬间的着地速度分别为0.52, 0.96, 2.31 m/s, 随着海拔升高, 空投装备着地速度明显增大。环境温度、 大气密度和大气压力等参数对气囊缓冲特性的影响比较显著。结论 气囊缓冲系统的缓冲特性满足设计要求, 可适应海拔较高的空投环境。同一气囊系统在较高海拔环境中使用应充分评估其适用性和安全性, 避免空投装备着地速度较大而造成装备损坏。     

基于响应面法的地坑式架车机轻量化研究

传统架车机设计方法往往趋于保守,为了充分发挥地坑式架车机材料的承载性能,将响应面近似模型法与优化技术相结合,提出一种以地坑式架车机结构自重为优化目标的优化方法.该方法基于多学科优化软件ISIGHT和ANSYS,通过最优拉丁超立方试验设计方法分析设计变量对响应的灵敏度,获得最终设计变量,并建立响应面近似模型,利用多岛遗传算法对近似模型进行优化.结果表明,该方法能极大提高优化效率,同时使地坑式架车机结构自重降低20.64%,轻量化效果显著.研究结果可为地坑式架车机的设计提供理论指导.     

Shape optimization of preform tools in forging of aerofoil using a metamodel-assisted multi-island genetic algorithm

Preform design plays an important role in improving the material flow, mechanical properties and reducing defects for forgings with complex shapes. In this paper, a study on shape optimization of preform tools in forging of an airfoil is carried out based on a multi-island genetic algorithm combined with a metamodel technique. An optimal Latin hypercube sampling technique is employed for sampling with the expected coverage of parameter space. Finite element (FE) simulations of multistep forging processes are implemented to obtain the objective function values for evaluating the forging qualities. For facilitating the optimization process, a radial basis function surrogate model is established to predict the responses of the hot forging process to the variation of the preform tool shape. In consideration of the compromise between different optimal objectives, a set of Pareto-optimal solutions are identified by the suggested genetic algorithm to provide more selections. Finally, according to the proposed fitness function, the best solution of multi-objective optimization on the Pareto front is confirmed and the corresponding preform tool shape proves optimal performances with substantially improved forging qualities via FE validation.     

复合材料火箭定向管铺层角度优化

运用ABAQUS的二次开发语言对复合材料定向管进行参数化建模,通过火箭弹发射过程的瞬态动力学分析对复合材料定向管的铺层角度进行优化设计,以提高其结构强度。设计过程中利用优化软件iSIGHT集成有限元分析软件ABAQUS,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化算法,进行瞬态动力学的优化。经过优化设计,得到了合理的铺层角度,使复合材料定向管的强度性能有了显著提高。