火箭发射装置回转箱体拓扑优化设计方法研究

为有效减小火箭发射装置质量,提高回转机机动性能,采用基于变密度法的结构拓扑优化技术,对火箭发射装置的回转箱体进行结构优化。文中针对四种典型发射工况,以结构刚度设计要求为约束条件,以质量最小为优化目标,获得了回转箱体的最优拓扑结构。通过对优化后的结构进行分析,结果表明优化后回转箱体质量减小了15.4%,刚强度满足设计要求。该优化方法对于发射装置其它结构的改进具有重要参考价值。     

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。     

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。     

某火炮上架结构拓扑优化设计

为了有效地减轻火炮质量,对某火炮上架进行了结构优化设计.运用有限元分析和结构拓扑优化设计相结合的方法,依据火炮发射时上架的结构受力特性及其技术设计要求,建立了优化数学模型;利用OptiStruct软件对上架进行了结构拓扑优化.根据优化结果设计的上架结构,质量减小12.17%,刚强度性能满足设计要求.该方法可用于指导火炮其它部件的结构优化设计和轻量化设计.     

基于干扰观测器的弹药传输机械臂非线性连续时变反馈控制

针对弹药传输机械臂在工作过程中由于受到基础振动干扰和负载不确定性的影响,存在定位精度低、定位速度慢的问题,以结构和工作原理相同的实验用原理样机为对象,提出一种基于干扰观测器扰动补偿的非线性连续时变反馈控制方法。该方法在控制律形式上类似比例微分（PD）控制,但其中比例和微分系数取决于系统Lyapunov函数,是系统误差变量的可微函数。为消除基础振动干扰和负载不确定性带来的非线性影响,采用一种有限时间非线性干扰观测器设计补偿环节。实验结果表明,基于观测器的扰动补偿可以将机械臂的定位时间由2.18 s缩短到1.32 s,缩短了39.4%;在所有基础振动干扰和不同负载的实验工况下,新控制方法都可以快速、稳定、精确地完成控制目标,验证了算法的有效性。     

某火箭炮底架结构的拓扑优化设计

以某发射装置底架为研究对象,在优化软件Hyper Mesh中建立其有限元模型,并确定底架在4个典型工况下的载荷及约束条件。在Optistruct模块下,通过变密度法对底架在4个典型工况下进行两次拓扑优化,达到了轻量化目的。对模型进行了有限元划分,将其简化为2D板壳单元,仍然取4个极限工况对模型进行静力分析,验证底架变形量与最大应力是否均在许用范围之内,实现了对底架的全新结构设计。     

某迫击炮座钣拓扑优化设计

新的战场需求对迫击炮轻量化设计提出了要求,根据迫击炮座钣的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立有限元模型,通过对迫击炮座钣的拓扑优化完成改进设计,并利用AWE有限元软件对优化后模型进行刚强度分析,通过分析证明优化方案的合理性;拓扑优化后,座钣质量减少15.6％;该方法对迫击炮改进设计具有一定的参考价值。     

某型火炮摇架结构拓扑优化设计

以某型火炮摇架为研究对象,基于火炮摇架结构本身特点和承载特性,在力学分析基础上利用有限元法对火炮后坐过程中的摇架动态响应进行了仿真计算和数值模拟,并通过拓扑优化设计理论和方法对摇架结构进行了优化设计.优化后的摇架结构在保证强度的基础上,实现了结构优化和轻量化设计的目的.     

基于空间六自由度机械臂的逆运动学数值解法

针对解析法只能用于特殊构型的机械臂且求解过程复杂、计算量大的问题,提出一种适用于大多数串联型机械臂的数值迭代逆运动学求解方法.利用该方法,求解自主研发的空间六自由度机械臂的运动学逆解,并通过仿真证明该方法的可靠性.     

基于非线性力学的RS232 串口外壳结构拓扑优化分析

为解决RS232 外壳结构设计不合理的问题,对基于非线性力学的RS232 串口外壳结构拓扑进行优化分析。 根据接口外壳本身结构的组合关系,构建非均匀密度函数的六参数伊万模型,采用拓扑优化数学模型对各向同性材 料进行删除判据,通过对非线性有限元分析,得出一种渐进的结构优化方法。结果表明：该方法实现了材料的合理 分配,达到材料性能最优化使用的目的。     

炮塔托架体结构拓扑优化

为满足炮塔托架体轻量化设计要求,基于密度插值的拓扑优化方法,建立了托架体拓扑优化模型,获得了5种典型射击工况下满足结构刚度要求且质量最小的炮塔托架体的最佳拓扑形式,在此基础上建立了托架体模型,对比分析了优化前后托架体在典型工况下的结构响应.仿真结果表明,该方法对于改进传统的托架体设计方法,降低结构质量,提高炮塔的机动性具有重要意义.     

特种车辆车架结构拓扑优化设计研究

考虑冲击载荷对车架的破坏作用,采用拓扑优化方法对车架进行了原创性的结构优化分析,并以满足底盘各总成的布置和路面行驶要求对车架结构进行了设计,对受冲击载荷部位的结构进行了细化。对车架进行了刚强度校核及模态振型分析。理论分析和使用结果表明,该车架设计合理,说明采用拓扑优化进行车架结构设计是一种有效方法。     

平面二自由度并联机器人结构优化与操作空间选择

针对毛坯锻造自动化生产等对高节拍低精度往复运动的搬运操作需求,提出一种基于平面双滑块机构的二自由度并联机器人。由平面上互相平行的2个直线运动滑块驱动机器人末端实现竖直平面内的物料搬运运动,建立机器人运动学模型,基于灵巧度和全局性能指数进行机器人结构参数设计,同时兼顾运动周期与运动精度,获得机器人操作空间。实验分析结果表明：机器人工作周期为1.5 s,竖直位移为245 mm,末端轨迹精度为±1.5 mm,证明机器人具有良好的运动精度和足够的运动位移,以及良好的工作效率。     

基于自整定变风量的兵器弹药仓库温度优化控制

为了杜绝军械弹药仓库中温、湿度对武器装备性能的影响,提出了一种基于自整定的VAV优化控制算法。分析了被控仓库对象的控制论特性与存在的控制工程难题,研究了控制策略,采用自整定模糊PID串级控制,给出了自适应模糊PID控制算法,作了仿真对比实验研究。仿真实验响应曲线显示,系统超调量小、上升时间与调节时间短、抗干扰性能强,在模型失配时系统仍有较好的控制品质。研究结果表明,提出的优化控制方法是合理可行的,既能取得期望的控制品质,又可大幅度节约能源。     

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。     

Topology Optimization in Damping Structure Based on ESO

The damping material optimal placement for the structure with damping layer is studied based on evolutionary structural optimization （ESO） to maximize modal loss factors. A mathematical model is constructed with the objective function defined as the maximum of modal loss factors of the structure and design constraints function defined as volume fraction of damping material. The optimal placement is found. Several examples are presented for verification. The results demonstrate that the method based on ESO is effective in solving the topology optimization of the structure with unconstrained damping layer and constrained damping layer. This optimization method suits for free and constrained damping structures.