大型航空结构件比较式的优化设计

我国航空领域在经济社会的不断发展推动下有了很大的提升,尤其是在设计方面更是在以往的基础上有了很大的发展和进步。尤其是近年来,对于大型航空结构件比较式的优化设计的研究逐步增多。本文主要阐述了航空结构件的发展趋势,分析了航空结构件的工艺特点,并对大型结构件分析部位的确定、大型结构件有限元建模分别进行了探索,进而对大型航空结构件比较式优化设计进行了一定的研究,旨在为提高我国大型航空结构件比较式的优化设计水平而提出一些有价值的参考意见。     

航空框类整体结构件铣削加工变形研究

为了揭示结构件数控加工的变形机理,提出了基于有限元的航空整体框类结构件铣削加工过程仿真方法.通过将零件的加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息,采用建立的有限元模型对双面框类结构件进行了铣削加工过程的数值模拟.数值模拟综合考虑了材料毛坯初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.在同样条件下进行了加工实验,实验结果与模拟结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的正确性.研究表明,数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法,可正确预测零件的加工变形.     

框类整体结构件铣削加工顺序的有限元模型

为了控制尺寸大、形状复杂的航空框类整体在铣削加工时产生的变形,建立了铣削加工时的变形场和温度场的有限元模型.在深入研究残余应力施加、动态切削载荷、约束转换等铣削加工模拟关键技术的基础上,采用热力耦合模式进行了求解.利用该模型对整体框类结构件进行了奇偶铣削、偶奇铣削和顺序铣削三种加工顺序的有限元模拟.结果表明,三种模拟结果中奇偶铣削加工得到的结构件的变形最小.该模型对三种加工顺序的模拟结果与试验结果一致,可用于预测整体结构件的加工变形.     

振动时效技术在航空整体结构件变形校正中的应用研究

针对航空整体结构件反变形校正中引入的较大残余应力严重影响工件的使用安全性和可靠性这一工艺难题,通过相应实验设计,对约束状态下工件实施振动时效处理,对振动参数进行优选,同时,研究振动时效对变形零件约束状态下应力释放与变形校正的作用机理和效果.研究表明振动时效技术可显著降低校正残余应力,并对约束状态下的变形零件起到一定的校正作用.     

航空整体结构件铣削加工变形预测研究

为了揭示航空框类整体结构零件铣削加工的变形行为，提出了一种基于接力计算模型的航空整体框结构零件铣削加工全过程物理仿真方法，阐述了接力计算的基本原理，设计了接力计算系统的完整框架.基于以上接力计算系统，通过将零件加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息，采用有限元模型对整体框结构零件进行了铣削加工全过程数值模拟.模拟综合考虑了材料毛坯内初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.通过铣削加工实验验证了建立的有限元模型的正确性.研究结果表明，基于接力计算的数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法，可正确预测零件加工变形.     

航空机匣零件加工变形量预测与控制

航空机匣类零件通常由航空难加工材料制成,壁薄、刚性差、难加工,极易发生切削变形。因 此,以航空薄壁机匣零件为研究对象,基于切削加工力学建模,采用有限元分析方法,实现了对航空薄壁机 匣零件车削加工变形量的预测。在此基础上,采用加工变形量主动补偿方法,通过对每次走刀的切削深度进 行补偿以减少加工变形量。有限元仿真与切削试验结果均显示,采用该方法可以大大减少加工变形误差并使 其分布更加均匀,可有效地控制切削加工变形量。     

采用模糊区间分析的柔性航空结构件装配偏差预测

在仅知偏差源区间的条件下,将偏差源分布描述为离散模糊数;基于弹性力学原理,通过有限元仿真分析,建立柔性航空结构件的装配偏差模型;以离散模糊数表达的偏差源作为装配偏差模型的输入,结合模糊区间分析得到装配偏差的模糊分布;通过模拟翼盒骨架装配试验验证建立的装配偏差模型以及提出的装配偏差预测方法的有效性. 试验结果表明：基于模糊区间分析的装配偏差分析方法预测的装配偏差区间包含了实测的装配偏差,可解决偏差源信息匮乏时的装配偏差预测问题,并给出了不同置信水平下的装配偏差区间,是传统基于蒙特卡洛模拟（MCS）的装配偏差分析方法的一种补充.     

钛合金整体结构件加工关键技术研究

针对钛合金材料的难加工性,以及大飞机制造中钛合金整体结构件尺寸大、结构复杂、变形大等工艺难题,对钛合金整体结构件加工技术的研究现状、存在的问题及发展趋势进行了系统分析.阐述了钛合金加工对刀具材料、结构、微刃处理等关键刀具技术的要求及发展趋势;论述了钛合金整体结构件加工过程中应着重加强的工艺理论研究,主要包括走刀方式与走刀路径、基于切削稳定性工艺的参数优化、变形控制、变形校正等,〖JP2〗还对工艺参数与表面质量完整性的关系进行了分析,以期为钛合金整体结构件高效高精度加工的理论研究和工程实践提供指导.     

隔框类航空整体结构件变形校正关键技术研究

针对隔框类整体结构件截面形状复杂,数控加工变形校正操作困难,无法用解析表达式求得校正参数的工程难题,在研究变形校正基本原理的基础上,给出了校正载荷的施加原则.提出了基于反求思想,通过搜索特征曲线拐点确定校正支点位置的方法.进一步研究了基于有限元模拟技术,采用二分法计算校正参数的方法,并分析了不同载荷形式对校正效果的影响.对于复杂弯曲变形零件,在科学确定支点位置和校正载荷形式的基础上,提出了兼顾局部和整体校正质量的分步校正方法,并进行了实例分析.最后给出了工件初始变形量、支点距离与所需要的校正反弯压下位移量的关系曲线,可用于指导隔框类整体结构件的校正生产.     

Ⅰ形筋条结构件增量弯曲力学分析

I形筋条结构件增量弯曲过程中,塑性变形主要发生在筋条处,成形后的试验件外形主要取决于筋条处的变形情况.文中基于对筋条弹塑性弯曲的理论分析,将变形区划分为弹塑性变形区、弹性变形区与未变形区,对各变形区分别进行了力学分析与理论推导,并应用有限元软件对I形筋条结构件增量弯曲过程中应力分布进行了模拟.     

大口径多组元透镜的固定结构设计及动力学分析

针对镜头中大口径多组元透镜组的固定支撑结构进行了设计,采用有限元分析方法,利用Ansys软件对其固定镜筒的厚度及结构进行了一阶谐振频率及变形分析。仿真试验结果表明采用在镜筒、隔圈和压圈的简单结构的悬壁端增加一个由四个球头顶丝组成的辅助支撑的结构,能降低透镜组的整体变形量。固定镜筒厚度的增加对透镜组的一阶谐振频率影响不大,但会造成一阶谐振频率的下降。增加镜筒厚度,由于固定结构的刚度提高,由此引起轴向变形会降低,但采用所设计的固定结构后,针对不同的镜筒厚度其轴向变形在0.015μm到0.018μm之间,能满足光学设计的要求。     

指向反射镜轻量化及支撑结构设计与分析

为增长相机的曝光时间,改善成像质量,光学系统入瞳前方需要设置扫描机构进行俯仰方向的运动补偿。指向镜体轻量化及其支撑结构设计是扫描机构设计的关键环节。本文针对有效通光口径为320mm×260mm的一维指向反射镜进行了轻量化与支撑结构设计。设计从材料选择、轻量化设计和支撑方式等方面展开,指向镜轻量化后重量为6.245kg,轻量化率为58.4%;运用有限元方法对指向反射镜组件进行了分析,系统基频为196Hz,系统在1g重力载荷与±5℃均匀温变作用下的面形精度rms均优于λ/50、PV值均优于λ/10;最后采用模拟件进行了试验验证。最终得到满足设计要求的合理结构。     

双排桩支护结构有限元模拟及优化设计分析

针对当前城市基坑开挖场地狭窄、周边环境复杂,对深基坑的变形要求越来越严格这一特点,采用FLAC3D有限元软件对某一深基坑工程开挖和双排桩支护的过程进行了模拟和分析,并通过改变桩间距,前、后排桩的桩长对基坑水平变形和坑壁沉降量进行了优化设计。分析得出了基于基坑变形控制下的,桩间距和桩长的合理的设计取值.     

基于试验设计分析方法的轻卡车身结构优化

科学技术的发展和人们生活观念的不断进步,给汽车行业的发展带来了前所未有的机遇和挑战.DOE技术由于其诸多的优点在工程技术研究各领域的应用日趋广泛.以提高车身的模态频率和实现车身的轻量化为目标,将DOE分析方法引入到车身板厚参数的优化中,得到可行的优化方案,车身的第一阶模态频率提高了16 %,车身的质量减少了8 kg.     

结构特征分级有限元分析及优化

提出结构分级有限元分析及其优化设计,对于大型复杂结构的优化设计有指导意义.该方法解决了复杂结构有限元自由网格划分单元畸形问题,减小了计算规模,提高了计算效率.结构分级方法以部件特征为研究对象,在优化过程中减少了设计变量,避免了不同数量级的尺度出现在一个数学模型中,提高了收敛速度.本文以某型号刮板输送机输煤槽为例,进行有限元分析和优化设计.数值计算结果表明,应用该方法设计的刮板输送机输煤槽取得很好的效果,提高了结构强度,改善了应力分布,减轻了重量,提高了经济效益.     

气动上下料机械手手部结构的设计与分析

以炮弹径长自动检测生产线上搬运炮弹机械手的手部结构为研究对象,采用单片机对其气压驱动装置进行顺序控制,为保证结构设计的合理性,在论述系统组成、机械手运动、坐标形式及运动范围的基础上,运用有限元分析方法对手部结构进行分析和优化改进,结构设计满足验算结果要求.     

板桁组合结构分析的超级有限元法

针对板－桁组合结构的静力分析问题，根据桁梁弯曲扭转理论，将复杂的离散型结构进行三维化处理，使其离散成一系列梁段单元－超级元。考虑到弯曲扭转拉伸压缩等多种变形效应，再将超级元离散成板单元和空间杆单元，按一般有限元法选取其自由度，通过采用构件自由度向超级元自由度转换，把复杂多构件问题的求解，变为少量一维节点问题的求解。     

钻具接头螺纹应力分析与结构优化

石油钻具接头螺纹是发生钻具失效事故的主要部位.针对钻具接头螺纹失效问题,以41/2 in钻杆接头为例,参照API SPEC 7推荐的三种类型钻杆螺纹接头及非API标准H90型螺纹接头,建立有限元模型,在标准上扣扭矩、相同载荷及边界条件下对其进行力学分析,得出4种不同扣型接头螺纹的应力分布,以此为基础提出新的结构优化.     

基于Optistruct的电池包箱体优化设计

本文基于ANSYS Workbench平台对电池包箱体进行静、动态有限元分析,找到箱体结构的薄弱位置。 采用Optistruct软件,运用形貌优化和复合材料优化技术对箱体进行优化设计,得到了在箱体上盖设置的凸包结构的最优几何参数和平面布局,并构建了优化后上盖的三维模型,同时得到下箱体各层组的厚度分布情况及最优厚度。经验证,优化后箱体最大变形量较优化前降低了82%,刚度提升显著,最大等效应力降低了70%,箱体强度得到明显改善,其一阶固有频率为32.5Hz,可避免共振情况发生,优化后箱体重量减轻了67%。优化后电池包箱体对动力电池安全工作能起到更有效的防护作用,且轻量化效果显著,此研究为进一步分析实际电池包箱体结构奠定基础。     

客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

传统车辆设计与优化依赖专家经验,导致开发周期长、人力物力消耗大,难以紧跟市场需求,而有限元技术的发展为车辆结构设计与优化提供丰富的手段. 本研究以某客车底盘车架为对象,以操稳及结构安全性为导向,对车架进行轻量化设计. 首先,对客车底盘进行了有限元模型建立与简化. 在此基础上,进一步定义了载荷加载方式和计算工况. 其次,结合工程实际,对当前底盘车架进行改进后,明确目标函数、约束条件与变量,提出了优化方案对底盘进行轻量化设计. 通过模态分析、应力分析与变形分析,对弯曲、制动及转弯工况下的优化方案进行了验证. 结果表明,所提出的优化方案在满足车辆动态性能基础上,有效实现了轻量化优化,提升了操稳及结构安全.