大承载复合材料夹层壳段结构优化设计与分析

碳面板铝蜂窝夹层结构是将高强度的碳面板和低密度的蜂窝芯子共固化形成的复合式结构,具有比强度高和比刚度高等优异特性,可在保证承载能力的同时显著降低结构质量,同时具有广泛的适应性,在国内外航天器结构中得到了大量应用。在此次研究中提出一种大承载的碳面板铝蜂窝复合材料夹层壳段结构的设计方案,并对该结构的传力路线进行优化设计和轴压试验验证,同时建立数值分析模型并结合渐进损伤分析方法对壳段结构进行承载分析,分析结果与试验结果高度吻合,验证了该方法的准确性,为中国大承载碳面板铝蜂窝夹层结构的设计和分析工作提供了重要方法依据。     

导弹舵面的复合材料设计与分析

针对导弹武器所追求的降低结构质量、提高有效载荷和战斗力的目标,将某型导弹金属舵面进行了复合材料化设计。通过工程算法对该舵面结构进行三向刚度的等代设计,初步给出适当的复合材料铺层方式。利用有限元法对初步设计复合材料舵面进行了计算分析并优化出最佳铺层方式。基于刚度、强度、稳定性设计要求,开展了舵面结构复合材料铺层及厚度等细节优化设计,给出了复合材料舵面结构尺寸及铺层角度。对比分析金属舵面与复合材料舵面,发现在刚度等效的情况下,强度满足要求,稳定性良好,重量减轻一半左右。     

拓扑优化在飞行器复合材料梁截面设计中的应用

飞行器现代结构设计中越来越多地采用复合材料梁来完成以往由复杂机械完成的功能,而对这些梁的刚度性能往往有特殊的要,需要通过优化来合理确定梁截面的布局和尺寸。建立了以刚度性能为目标和约束的复合材料梁截面的拓扑优化设计方法。对一个承担扭转变形功能的柔性梁算例,通过拓扑优化得到了截面的最优拓扑,进而根据最优拓扑进行形状和尺寸优化,得到了最优的截面布局。     

红外末制导高速飞行器导引头参数综合设计研究

高速飞行器的弹道特点和结构特点对红外末制导的设计提出了较为苛刻的要求,导引头工作受目标特性、飞行弹道、头部空间、机动气动特性、控制系统的信息处理能力等多个总体因素制约,导引头参数的综合设计成为了总体初步方案设计的关键.总结提炼了红外末制导方案设计中与总体设计密切相关的设计要素,对各设计要素的关键指标与评价方法进行了研究...     

空间飞行器应用的石墨热塑性复合材料

本文评价了 AS-4石墨预浸带与聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)制成的石墨复合材料,及双向混编 AS-4石墨 PEEK 织物制成的石墨复合材料用于宇宙飞船的要求。复合材料的特性包括动态分析、力学性能(如抗弯强度和横向抗拉强度)、逸气与可冷凝挥发物的比值、160°F(71℃)时吸水的平衡性、阻尼性能以及在-250～+250°F(-157～+121℃)间50次热循环对微裂纹的影响。用扫描电子显微镜(SEM)研究了纤维/树脂的均匀性、纤维的定向性以及纤维/树脂的界面粘结。扫描电子显微镜的分析结果表明,与聚苯硫醚复合材料相比,聚醚醚酮复合材料具有较好的力学性能,这是因为 PEEK 复合材料有较好的界面粘结。PEEK 和PPS 复合材料总的质量损失<0.10%,收集到的挥发可冷凝物<0.01%,这两种复合材料适合用于空间飞行器。与目前的环氧复合材料相比,热塑性复合材料平衡湿度的增量较小,PEEK 和 PPS 分别为0.15%和0.20%,而环氧树脂为2.32%。与环氧复合材料相比,热塑性复合材料的阻尼性较高。人们发现阻尼取决于基体、纤维的定向、和纤维/树脂的粘结。测量由双向混编石墨 PEEK 织物制成的层压板的物理和机械性能表明,超皱纹织物有希望成为普通预浸带,可作为替换的材料。最终,板式预浸带和铺复织物的加工性能在制造加工高质量复杂结构方面会得到证实。     

一种导弹隔热层内传热计算的近似方法

为导弹用隔热层的设计提供了一个理论模型.这个模型在隔热层材料的选择及厚度的优化上经常用到.导弹内隔热层采用了单隔热材料的结构.在做出一定的假设后, 问题可简化为一维非稳态导热.采用了有限差分法对导热微分方程进行求解, 并对热导率假设前后的计算结果进行比较.结果表明这种方法是合理的, 且大大简化了计算过程, 这为类似的工程计算提供了一种很好的计算方法.     

飞行器多学科优化设计方法

回顾传统的飞行器多学科优化设计方法,介绍多学科优化方法在现代飞行器设计中的应用状况和新发展.讨论了遗传算法、模拟退火法、响应面方法和鲁棒方法等,在计算分析过程中研究了采用高、低精度求解搭配的变计算精度模型管理方法以及基于信赖域方法的近似模型管理结构,最后展望了多学科优化在飞行器设计中的应用前景.     

巡飞弹复合材料弹翼结构减重优化设计

复合材料弹翼是为巡飞弹提供升力的重要结构部件,其减重设计是巡飞弹结构设计中的难点.文中以巡飞弹复合材料弹翼结构为研究对象建立有限元模型,并基于OptiStruct复合材料多级优化的功能,在刚度、强度及复合材料铺层工艺等约束边界条件下,通过对弹翼上下蒙皮和翼梁分级优化,最终使得大展弦比巡飞弹碳纤维复合材料弹翼结构减重达61%.     

飞行器结构轻量化研究与结构复合材料的发展

本文以结构轻量化为目的，用力学分析方法对结构复合材料的发展进行深入讨论，以揭示其研究和发展与宇航结构应用的相互关联与影响。并探讨如何加强这个课题的研究工作。     

基于遗传算法的无人机层流翼型优化设计

以高空长航时无人机大展弦比机翼的层流翼型为研究对象,在低雷诺数范围内,把遗传算法与N—S方程气动数值解法相结合,依靠计算流体动力学CFD计算技术,对翼型进行气动外形优化设计。在基准翼型的基础上,翼型描述采用了解析函数线性叠加法,个体以解析函数中的变量构成,结合锦标赛选择、均匀交叉,进行了以提高升阻比为目标的优化设计。优化后翼型在低雷诺数条件下的升力系数及升阻比有所提高,这说明了利用遗传算法进行层流翼型气动外形优化的可行性。     

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。     

基于遗传算法的复合推进剂粘弹性本构参数研究

为了准确地获得HTPB复合固体推进剂的粘弹性本构参数,研究了基于遗传算法的全加载历程松弛模量获取方法。利用DMA实验机系统进行了HTPB复合固体推进剂试件的松弛实验,分别使用传统计算方法和遗传算法获得了HTPB推进剂的松弛模量数据。将该结果应用于真实松弛实验的加载过程中,结果表明:传统方法忽略了实验过程中的加载阶段,计算得到的松弛模量小于实验值; 而基于遗传算法得到的松弛模量,精确度较高,是获取复合固体推进剂松弛模量一种较好的方法。     

基于改进遗传算法的破片杀伤战斗部优化设计

为改变目前破片杀伤战斗部传统“画加打”的设计模式,提高设计效率和设计质量,引入优化设计方法,通过对目标函数、约束条件以及分析模型的探析,构建了破片杀伤战斗部优化设计的数学模型。在破片杀伤战斗部优化设计过程中,采用引入多父体杂交算子的改进型遗传算法,从而改善了传统优化算法所遇到的病态梯度、初始点敏感和局部收敛等问题。以某聚焦式破片杀伤战斗部为例,运用此优化方法对破片杀伤威力和战斗部总质量两项指标进行了优化。计算结果表明,优化最终方案的各项性能指标均满足战术技术指标要求,与原方案相比,优化的目标对象得到了很大程度上的改观。该优化设计方法有效且普适性强,可为其他相关类弹药战斗部提供设计依据。为改变目前破片杀伤战斗部传统“画加打”的设计模式,提高设计效率和设计质量,引入优化设计方法,通过对目标函数、约束条件以及分析模型的探析,构建了破片杀伤战斗部优化设计的数学模型。在破片杀伤战斗部优化设计过程中,采用引入多父体杂交算子的改进型遗传算法,从而改善了传统优化算法所遇到的病态梯度、初始点敏感和局部收敛等问题。以某聚焦式破片杀伤战斗部为例,运用此优化方法对破片杀伤威力和战斗部总质量两项指标进行了优化。计算结果表明,优化最终方案的各项性能指标均满足战术技术指标要求,与原方案相比,优化的目标对象得到了很大程度上的改观。该优化设计方法有效且普适性强,可为其他相关类弹药战斗部提供设计依据。     

基于改进遗传算法的SAR 末制导段弹道优化设计

应用改进实数编码遗传算法,对基于弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)导引头的反舰导弹末制导段的弹道优化设计进行研究。分析飞行弹道和观测视角对弹载SAR导引头方位分辨力的影响,给出弹载SAR成像对导弹飞行弹道的约束,将导弹横向加速度作为优化变量,构建与方位分辨率和波束驻留时间相关的目标函数。仿真结果表明:与标准遗传算法优化相比,改进遗传算法优化后的目标函数值减小更快,能更快得到最优解。     

基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化设计

针对某中口径无后坐炮研制中的内弹道设计问题,将多目标优化的Pareto遗传算法与无后坐炮经典内弹道数学模型相结合,以最大膛压和初速作为优化设计的目标,对药室容积和发射药药量进行了多目标优化设计,提出了一种基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化方法。优化结果表明:所采用的Pareto遗传算法与内弹道相结合是可行的; 利用Pareto遗传算法,所得数个内弹道目标优化解以Pareto前沿面的形式给出,设计人员可根据需要从中选择无后坐炮内弹道的最优设计方案。     

基于遗传算法的配送车辆路径规划

配送车辆的路径规划问题是城市交通与运输系统中的重要环节,基于遗传算法对城市交通配送环节中的车辆行驶路径的最优规划问题进行了研究,提出了优化方案设计方法。在Matlab环境下,进行了算法实现与仿真,结果表明所提出的规划方案可以有效地降低配送过程中的车辆运行成本。     

高效隔热材料在战斗部中的热防护性能研究

为提高超声速武器的热防护性能,设计一种高效隔热材料。通过快速烤燃对比试验分析高效隔热材料对 战斗部热防护性能的影响。加入高效隔热材料后,试验件内部的升温速率可大幅度降低;炸药受热后的开始反应时 间从58 s 延长到16 min 2 s,降低了炸药的反应类型。结果表明：该研究应用于超声速武器战斗部中,可显著提高战 斗部的防热安全性。     

基于遗传算法的AUV壳体环肋模糊可靠性优化设计

水下航行器壳体主要采用环肋加强设计稳定性,环肋设计的好坏直接影响水下航行器的性能。本文考虑有关设计参量所具有的随机性和模糊性,将遗传算法、可靠性设计和模糊数学有机地结合起来,建立了基于遗传算法的环肋模糊可靠性优化设计模型,在给定可靠度要求的条件下对水下航行器壳体不同类型的环肋进行了结构优化。通过算例分析表明,该优化设计方法不仅可以保证可靠性指标的要求,而且设计效率高,收敛速度快。     

基于自适应遗传算法的导弹火力优化分配

建立了导弹火力优化分配的非线性整数规划模型，并给出了模型的自适应遗传算法求解，改进的遗传操作算子较好地处理了模型的整数约束条件，直观明了，简单易行．实例在计算机上的对比仿真运行结果表明，随群体适应度自动调整的交叉概率和变异概率，加快了算法的收敛速度，显著地提高了算法的探索能力，不易陷入局部最优解．这种方法对导弹火力的优化分配有一定的参考价值．