阻尼材料布局优化研究

本文基于渐进结构拓扑优化方法,以阻尼结构的模态损耗因子最大化为目标,探讨了在阻尼结构设计中的阻尼材料最优分布问题,得到了在一定材料用量下的阻尼材料的最优分布构形,对于阻尼结构的轻量化设计有一定的意义。     

基于变形能的粘弹性薄阻尼层结构阻尼特性分析

为了研究多弹性层约束阻尼结构的阻尼性能,将变形能原理应用于粘弹性薄阻尼层约束阻尼结构阻尼特性分析中,在一种薄阻尼层结构基础上,给出了一种求解结构损耗因子的理论方法,获得了结构损耗因子与材料损耗因子、阻尼结构剪切参数、刚度参数的耦联关系。引入该理论,对层间厚度、相关阻尼参数进行了优化分析。针对两个应用实例,通过有限元模态应变能法对比表明,变形能理论法计算结果与有限元法实验结果比较一致,验证了该理论方法的合理性。为研究多弹性层约束阻尼结构损耗因子的计算、机械产品的设计及结构改进等问题提供了一定的理论参考。     

约束阻尼结构的模态损耗因子计算的ー种修正方法

利用Reissner夹层板理论研究了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子的计算。由于Reissner理论的基本假定简化较多，计算精度相对较低，因此，对该约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子的计算方法进行了修正。其计算结果与Ansys计算结果较为接近。计算结果表明：利用修正后的计算方法具有较高的计算精度，可用于约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子计算。     

粘弹结构模态损耗因子分析的修正模态应变能法

为了研究粘弹结构的阻尼特性,采用传统变形能理论建立了粘弹结构结构损耗因子的计算模型,并对相关阻尼参数进行了优化分析;通过研究传统模态应变能法与已有3种改进方法的原理及其相互关系,提出了一种新的修正模态应变能方法,新方法中修正因子随不同阶次模态损耗因子的幅值而变化。以一种四参数原型系统为依据,通过对4种模态应变能法的误差分析表明新修正方法对结构损耗因子与固有频率的计算误差最小;选取两个算例,通过对结构损耗因子与固有频率采用修正模态应变能法、变形能法、传统模态应变能法及相关文献有限元法的计算结果表明：修正模态应变能法可以满足工程设计的要求,且计算误差最小;修正模态应变能法可为粘弹结构阻尼特性与结构设计及改进等领域的研究提供一定的理论参考。     

嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能研究

建立嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的有限元数值模拟模型,提出了用改进的应变能法分析该网格结构的阻尼特性;通过对比所得模拟数据与实验结果,表明该模拟方法的有效性,再用验证了的模型和方法分别研究了不同几何参数对整体结构模态损耗因子和频率的影响,相关结论对嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能理论预估具有重要指导意义。     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

选取了某火炮摇架承载最恶劣的两个工况,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以摇架多工况刚度最大化为优化目标,以体积比为约束条件,通过优化得到了设计区域的密度云图,去除低密度区域后得到了摇架的拓扑结构模型,再对两个工况下得到的几何模型进行布尔求和操作以获得最终的优化结果。经过有限元分析,拓扑优化后的模型刚强度与优化前相比略有提升,质量有所下降,证明了该拓扑优化设计是合理的。     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

为提高某火炮摇架的结构性能,满足结构的轻量化设计要求,减少研发周期和降低研发成本,对该摇架的结构进行拓扑优化设计。通过选取某火炮摇架承载最恶劣的2个工况,根据摇架的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立其有限元模型,采用变密度方法的拓扑优化技术,对摇架的拓扑优化获得去除低密度材料区域后的几何模型,并对2个工况下得到的几何模型进行布尔和操作以获得最终的优化结果。分析结果表明：经过拓扑优化后,模型质量减轻,刚强度与优化前相比有所提升,能够满足火炮总体的动/静态响应特性要求。     

基于拓扑优化技术的军用头盔内胆结构三维打印

针对目前军用头盔的轻量化设计问题,提出基于拓扑优化技术的军用头盔内胆轻量化设计方法。利用三维（3D）打印在成型复杂异形结构时的优势,建立具有计算机建模、数值模拟、3D打印以及工程验证的军用头盔内胆结构轻量化设计流程。根据有限元分析法,提出一种基于结构势能最小的拓扑优化算法。设计流程主要包括：通过计算机辅助设计软件对设计对象进行3D建模;使用计算机辅助分析软件HyperWorks中的HyperMesh建立有限元模型;通过HyperWorks中的OptiStruct进行拓扑优化设计,查看拓扑优化模型的位移结果,确定设计结构是否满足约束条件。为满足头盔所必须具有的吸能防撞功能需求,在拓扑优化后的头盔内胆基础上,在其侧面加载蜂窝式吸能结构。使用结构优化设计软件solidThinking Inspire对带有蜂窝式结构的头盔内胆结构进行数值分析验证,模拟真实的头盔佩戴工况,优化前后的von Mises最大等效应力近似一致。对实验模型进行工程受力验证,对比优化前后军用头盔内胆的承受载荷能力。实验结果表明：在满足一定的约束条件和功能需求的情况下,拓扑优化结构可达到轻量化设计的目的,减重效果可达到17.14%,最大承受力达到原始结构的93.72%;同时3D打印技术结合数值模拟可以缩短研发周期,提高制造效率。     

导弹整体式翼面骨架结构的拓扑优化设计

为提高导弹结构的设计品质,将拓扑优化技术引入到整体式弹翼骨架结构设计中,对某型导弹的弹翼骨架进行优化设计。采用节点载荷等效法构建弹翼骨架的典型受力环境,解决了弹翼待设计区域的单元既参与受力又可能因为优化而被删减的设计矛盾。利用计算机辅助设计（CAD）-计算机辅助工程（CAE）接口技术,将拓扑优化后的CAE模型直接解释成CAD模型并导入CAD软件再设计,提高了拓扑优化技术的实用性。分析比较经验方案和优化方案的弹翼骨架模型的质量、强度、变形、模态等结构特性后发现：在满足结构强度和变形的条件下,优化后的弹翼骨架模型质量相对减少9.39%,并且1阶、2阶弯曲频率和1阶扭转频率得到了提高。该方法是对传统弹翼结构设计方法的补充和改善,具有参考意义。     

多工况载荷下动力舱支架结构拓扑优化设计

为了将拓扑优化方法引入某动力舱支架结构的优化设计,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以最小化结构静力和频率特性合成柔度指数为目标函数,以保留体积比为约束条件,进行了支架结构的拓扑优化设计,并对优化前、后支架结构的刚强度及模态振型进行了对比与分析,结果表明优化以后动力舱支架的静、动态特性均得到了较大幅度的改善,最大应力由954MPa降低为207MPa,1阶固有频率由48.5 Hz提高到141 Hz,说明采用拓扑优化技术进行动力舱支架结构的优化设计是一种行之有效的方法。     

水下航行器板壳结构阻尼设计方法

鱼雷壳体、潜艇外壳、自主式水下航行器(AUV)舱壁等薄壳结构的抗振保护和噪声控制是确保其可靠完成任务的重要指标,而上述薄壳结构又是由不同几何尺寸的板壳结构组合而成。本文利用模态阻尼比的提取方法对阻尼夹层板壳进行有限元计算,将阻尼减振结构应用到壳体设计上,并对不同阻尼结构、材料、厚度以及分布位置等方面的减振效果进行了分析计算,结果表明,该方法在航行体壳体减振设计方面具有很好的应用前景。     

Effects of Squeeze-film Air Damping on Properties of MEMS Inertial Switch in Fuse

The squeeze-film air damping exists in a lot of micro-electronic-mechanical system (MEMS) devices unavoidably. The effects of air damping in traditional inertial switch with spring-mass system can be ignored for its large volume and mass. But, many properties of MEMS switch, such as sensitivity, resolution and contact time, are affected by the air damping caused from the squeezed air film between two parallel plates moving relatively. Based on the conservation laws for mass and flux and the nonlinear Reynolds equation, the coefficient of squeeze-film damping was derived. The dynamic responses of the inertial switch with and without squeeze-film damping were simulated by using software ANSYS. The simulated results show that the sensitivity and contact time of the switch descend by about 5% and 15%, respectively, when the effects of squeeze-film damping are considered.     

基于改进非支配排序遗传算法身复合材料身管多目标优化

针对复合材料身管设计时多个性能指标设计要求，基于有限元模型和优化设计方法，建立了复合材料身管多目标优化模型，优化的目标为身管一阶固有频率和身管质量，复合材料各层缠绕角和缠绕厚度为优化设计变量，优化方法采用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）；通过优化求解，获得了复合材料身管的Pareto最优解集；优化算例表明，采用NSGA-Ⅱ获得的Pareto前沿面曲线分布均匀，其所对应的复合材料身管设计方案在刚度和重量方面均有改善。     

Optimization Design of McPherson Suspension Steering System Based on R-W Method

The kinematical equations of McPherson suspension and steering system were set up by using R-W method of multi-rigid body system dynamics.The incidence matrix,route matrix,hinge vector matrix and system constraint equations were educed.The optimization model of McPherson suspension steering mechanism was founded by regarding the McPherson suspension and steering system as an integrated system.In order to gain the best optimization effect,a continuous weighting function was created according to the requireme...     

基于动力学仿真的车载火炮射击稳定性优化

为了提高车载火炮系统射击稳定性，基于动力学仿真和优化方法进行后坐稳定性和复进稳定性优化研究。采用多体系统动力学建模理论和方法建立全炮系统动力学模型，结合优化设计理论和方法，建立车载火炮射击稳定性优化模型。采用遗传算法，对火炮系统的射击稳定性进行结构参数和动力学参数的优化。优化结果表明，优化后车载火炮系统的射击稳定性得到很大提高，同时也验证了优化模型的正确性和优化算法的可靠性。     

基于神经网络的结构疲劳可靠性优化设计

研究了人工神经网络在结构疲劳可靠性分析和结构优化设计中的应用。结构的疲劳寿命与各影响因素之间呈高度的非线性关系,或隐函数关系,传统的结构可靠度分析方法计算困难。采用神经网络响应面法模拟结构的极限状态函数及其偏导数,从而进行疲劳可靠性分析,在此基础上采用神经网络法对结构进行疲劳可靠性优化设计,通过算例说明其适用性及可行性。     

基于径向基函数响应面的履带车辆悬挂系统参数优化方法

为提高履带车辆的平顺性,对车辆悬挂系统参数的优化方法进行了研究.首先建立以驾驶椅位置联合加权加速度有效值为评价指标的履带车辆平顺性评价模型,并进行了实验验证.在此基础上,运用径向基函数法构建了悬挂系统主要参数与平顺性评价指标之间的响应面模型.利用响应面模型,选择自适应模拟退火优化算法对悬挂系统参数进行优化设计.优化后车...     

基于多目标优化的车身前端结构耐撞性和轻量化设计

为了解决车身前端结构耐撞性和轻量化之间的矛盾,通过分析正面碰撞过程中力的传递路径和能量分布,筛选出对碰撞性能影响较大的部件作为优化设计对象.将所选部件的材料和厚度作为设计变量,建立结构耐撞性和轻量化多目标优化问题的数学模型,以部件总质量和总吸能量作为优化目标、加速度峰值和前围板入侵量作为约束条件进行优化分析,得出所选部件材料和厚度的最优组合.优化后,车身前端结构质量减轻3.5%,总的吸能量增加8.9%,加速度峰值降低14.7%,前围板入侵量减少8.7%.不仅提高了汽车正面碰撞的耐撞性,且实现了车身前端结构的轻量化.     

基于R-W方法的麦弗逊悬架转向系统优化研究

运用多刚体系统动力学中R-W方法,建立了车辆麦弗逊悬架和转向系统运动方程,导出了系统关联矩阵、通路矩阵、体铰矢量矩阵以及系统约束方程。在此基础上将麦弗逊悬架和转向机构作为一个整体,建立了麦弗逊悬架转向系统优化模型,为获得最佳的优化效果,根据转向系统性能要求创建出了一种连续型权重函数,并以TJ7136U汽车麦弗逊悬架转向系统为实例,进行了优化设计。     

基于改进粒子群算法的UCAV二维路径规划

采用粒子群算法实现了有限数目航点的优化,提出了新的解决PSO路径规划中因基于航点适应度优化计算导致的威胁感知盲点问题的办法,研究了路径规划约束的数学模型、粒子构造方式和粒子的评价适应度函数。用数学仿真方法实现了改进后的PSO路径规划。