复合材料连翼的气动弹性剪裁研究

提出了同时考虑静强度和颤振速度约束的混合约束剪裁方法,以矩形悬臂复合材料层板机翼的算例验证了该方法的有效性.应用MSC/NASTRAN软件的气弹优化模块,对一个真实的复合材料连翼结构,采用分步实现的策略进行了连翼在颤振/发散速度约束下的气动弹性剪裁.结果表明,文中方法可以在满足最小重量要求的同时,满足连翼飞机静强度和颤振/发散速度设计要求.     

基于PATRAN/NASTRAN的复合材料机翼蒙皮优化设计

基于有限元分析软件PATRAN/NA STRAN建立了适用于大型复合材料结构的优化系统。对层压板的优化分2级交替进行:第1级优化采用最大应变能准则调整各分层比例;第2级优化先用射线步调参,再从K uhn-Tucker条件和满应力准则出发推导出满足位移约束和强度约束的单元厚度迭代因子进行单元厚度优化。针对文中的优化方法,以复合材料机翼盒段蒙皮铺层优化为例进行了数值计算,通过优化计算验证了该方法有较高的效率,对工程设计具有一定的应用价值。     

基于ISIGHT的机翼结构分层优化设计

在满足机翼强度刚度要求的前提下,考虑形状变量和尺寸变量间复杂的耦合关系,集成ISIGHT/PATRAN/NASTRAN/MATLAB对机翼进行综合结构优化设计.在此优化设计中,以结构重量最小化为目标,以强度约束和刚度约束作为约束条件,以形状变量和尺寸变量作为优化设计变量,建立ISIGHT优化工作流.采用MATLAB自编程序将气动载荷等效加载到机翼有限元模型附近节点上.优化后机翼结构重量为38.0kg,比优化前的41.3kg减少了8%.     

智能复合材料机翼的气动弹性剪裁

通过含有位移和电自由度的四节点板元,利用哈密尔顿原理,推导了含有压电传感器和作动器的智能复合材料机翼的机电耦合动力学方程.采用西奥道生非定常气动理论结合片条理论构建气动力模型,获得机翼的颤振方程,并利用v-g法分析了复合材料的铺层方式和反馈增益对颤振速度的影响.结果表明:复合材料的铺设方式和反馈增益系数是在相互影响下改变机翼颤振速度的.     

飞机蒙皮侧壁铣切时域参数模型与粒子群优化

飞机机翼蒙皮为薄壁件且涉及大量减薄工序,易引起刀具零件颤振,优化工艺参数可有效抑制颤振发生.通过精铣侧壁工序研究工步间均衡分配稳定轴向切深与转速的算法,抑制颤振并优化蒙皮减薄工序耗时.采用双自由度动力学模型描述小径向切深精铣侧壁工艺过程,以半离散方法求解时滞微分方程,得到有关转速和极限轴向切深稳定切削工艺叶瓣图.以转速...     

平行连杆式变形翼结构设计及分布式驱动配置

为提高飞机飞行效率和多任务适应能力,设计一种兼顾高低速工况的变形翼骨架,并研究变形翼内部分布式驱动器的位置优化和数量布置问题。基于翼肋摆动变形方式,设计变弦长、变后掠、变面积、变展弦比的平行连杆式变形翼机构,以单元尺寸为参数,对翼肋摆动程度与展弦比进行分析,得到机翼参数变化曲线;以包含机翼骨架、驱动器和柔性蒙皮的单元为研究对象,通过实验法测定柔性蒙皮的等效弹簧刚度,并基于虚功原理,采用准静态力学分析方法,得到单元的力学模型,以单元变形量为目标优化函数,通过matlab优化工具箱fmincon函数求解,得到最优驱动器位置和蒙皮初始状态,并进行实验验证;采用Ansys软件模拟多个单元机构运动与弹性变形的耦合作用,得到多种驱动器布局下机构的最终平衡状态;设计了变形翼详细结构,完成了样机加工装配。结果表明:机翼平衡时的变形量与驱动器布局和结构刚度有关,当机翼结构刚度增强时,分布式驱动与单个驱动所做的变形量均收敛在理想值。采用分布式驱动会最大化变形量,更适合低刚度结构机翼,设计的变形翼样机可以实现连续变形。     

电流变液在飞机操纵面颤振半主动控制中的应用研究

利用电流变液这种智能材料的物理效应及力学性能,根据可控阻尼介质的特殊应用要求,研制了一种零电场低粘度且可控粘度变化范围较大的电流变液。并设计制作了一种多层滑动极板式阻尼铰,将其用于机翼同的颤振半主动控制,使所研究模型的颤振临界速度提高了３６．３％。研究结果表明,电流变阻尼器可用于机翼操纵面颤振控制研究中。     

复合材料迭层板铺层可靠性优化设计

飞机复合材料结构的壁板主要承受轴力和剪力。这两种外载之间存在一定的比例关系,因而是一个广义外载。文中以某一小展弦比复合材料多墙式翼面结构为例,据轴力和剪力的不同比值,对根部蒙皮的迭层板进行铺层可靠性优化设计。采用加速收敛梯度法得到广义外载作用下满足结构系统可靠度指标 R_s~*的主要约束条件和次要约束条件(最小层数比约束条件、±45°层均衡对称约束条件等)迭层板总重最小时的最优分层比例。通过算例证明本文提出的复合材料迭层板可靠性基础上的铺层优化设计方法是十分有效的。     

折叠机翼的参数化气动弹性建模与颤振分析

针对折叠机翼的特点建立了颤振分析的参数化气动弹性模型。参数化的结构模型基于模态综合法实现;参数化的气动力模型采用偶极子网格法建立;并且阐述了基于Gram矩阵范数对于气动弹性系统颤振边界的预测方法。以折叠机翼完全展开和完全折叠构型为例,将文中方法获得的颤振边界与特征值法获得的结果进行了对比,验证了该方法的正确性。通过对不同折叠角度下的颤振边界的分析可以得出:颤振边界对折叠角度很敏感;随着折叠角度的增加,颤振模态发生了变化;较高的结构模态阻尼比可以提高颤振速度,推迟颤振现象的发生。     

复合材料结构的多级优化设计方法

本文提出一种适用于复合材料结构的多级优化设计方法,即系统级优化和元件级优化。系统级优化以迭层板厚度为设计变量。从基于 Kuhn-Tucker 条件的优化准则出发导出改进设计变量的迭代式,寻求最优设计。元件级优化则保持最优迭层板厚度和节点位移不变,根据各分层应变能的大小来调整各分层的厚度,使材料分配趋向合理,进一步减轻结构重量。本文给出算例,研究复合材料结构在多种外载作用下,承受强度约束和位移约束以及满足给定挠曲规律和扭转变形规律条件下的优化设计。计算结果表明,本方法具有较高的效率,计算简单,收敛迅速易于工程应用。     

考虑维修比例的民机备件多级库存配置研究

提出了一种考虑维修比例的民机备件多级库存配置方法,将维修比例引入METRIC(multiechelon technique for recoverable item control)模型建立多级库存配置模型,运用边际分析法对模型进行求解进而实现备件多级库存配置。首先,阐述了考虑维修比例的多级库存配置模型的原理,建立了以机队可用度为优化目标、费用和保障率为约束数学模型;然后,论述了基于边际分析法的考虑维修比例影响的情况下多级库存配置模型求解流程;最后,以典型民机起落架航线可更换单元(line repairable units,LRU)为研究对象,在考虑维修比例影响的情况下对其多级库存配置进行研究。算例分析结果表明:在满足优化约束条件的情况下,最小的保障费用为2 759 833美元,机队可用度为0.980 6,并得到此时LRU多级库存配置数量;通过方法比较验证了考虑维修比例的维修资源多级库存配置模型的可行性和有效性。在合理降低成本的前提下,为精确地配置维修资源多级库存优化提供指导。     

基于参数不确定性的机翼颤振风险评定

随着飞机设计的发展,结构非线性颤振问题越来越突出,为了准确评价系统的颤振稳定性,不但要采用非线性颤振计算模型,同时还必须考虑模型中参数的不确定性,面对这些具有随机分布的参数,传统的确定性颤振分析方法已不能胜任;为了探索一套新的,且适合研究非线性和不确定性相互耦合的颤振计算分析方法,文中选取具有非线性扭转刚度的二元机翼颤振系统为研究对象,将概率统计学中的蒙特卡罗方法和核密度估计法结合确定性颤振分析,开展不确定性量化工作,并得到给定速度下系统发生颤振的概率,进而对系统的颤振风险进行评定。并给出算例中非线性扭转刚度表现为软弹簧特性时,不同速度下发生颤振的概率,从而说明系统在不同速度下的颤振风险。     

仪表板的结构-声灵敏度分析及声学优化设计

为了研究各铺层厚度对复合结构隔声性能的影响,设计出声学性能最优的仪表板.由结构-声场耦合有限元方程计算某复合仪表板各铺层厚度对其透射侧一点声压的灵敏度,根据结构-声学灵敏度结果,以仪表板透射侧一点的声压最小为优化目标,各铺层厚度为设计变量,仪表板总质量为约束条件,用修正的可行方向法优化1500Hz以内的声学性能.结果表明,与原单层镁质仪表板相比,优化后的镁合金复合仪表板重量减轻1.25kg.用结构-声耦合法计算二者的声学性能,透射侧总声压级由128.2dB下降至124.2dB,实现仪表板轻量化、低噪声的设计要求.     

应用近似概念和多种约束删除方法的结构优化设计

本文在文献[1]的基础上,应用结构优化的近似概念组织优化过程;并提出了一种敏度分析后再次删除约束的方法,提高了优化过程的效率.用上述方法编制的DJY-1程序可对应力、位移和元件尺寸约束下,用杆元、三角形平面应力元和对称剪切板元模拟的结构用数学规划方法进行最小重量设计.例题包括一个三角形机翼和两个空间构架.     

基于遗传算法的机翼壁板扫描路径优化

针对飞机机翼壁板数字化装配过程中蒙皮外形快速扫描的需求,对蒙皮的扫描路径进行自动规划.介绍激光扫描仪扫描测量的原理及方法,并分析扫描仪扫描样点时的倾角、距离及扫描宽度等约束条件.以大尺寸件机翼蒙皮为研究对象,对其进行数字化离散操作,得到一系列样点.使用最小二乘法对上述样点进行自动分组.在此基础上把扫描过程分为扫描测量和姿态调整2种动作交替运动的组合,构建以扫描过程总时间为最小的优化目标函数.利用遗传算法求解目标函数,从而优化三维空间的扫描路径,并将此路径与常见的梯形扫描和直线扫描路径进行比较,扫描总路径短且所用总姿态数少,平均扫描效率提高14.4%.最后,采用DELMIA软件平台进行扫描过程仿真,利用搭载扫描仪的机器人沿优化路径进行扫描.结果显示:本研究可满足扫描约束要求,且扫描仿真时间与计算时间一致.     

复合材料尖削结构同级优化方法研究及ISIGHT实现

现有复合材料优化方法在进行尖削结构优化时,设计变量多而且难以保证纤维的连续性,文章提出了一种基于尖削结构模型的复合材料的同级优化方法。通过引入了铺层组、铺层组厚度、铺层组铺层顺序和铺层组距离变量等参数,在不影响优化结果的同时能有效的减少设计变量个数,并保证纤维的连续性。文章借助商业软件ISIGHT实现了该同级优化方法,采用某层合板优化问题验证了该方法的有效性。     

船用钢与复合材料混合连接结构设计优化研究

钢与复合材料混合连接作为一种新型的轻量化连接形式,能够在减轻船体结构重量的同时保证良好的力学特性。结合有限元方法和力学试验,研究复合材料上层建筑与钢质主船体之间的连接结构,即无碱玻璃纤维增强蒙皮与巴萨木构成的夹层板与钢板之间的混合连接结构,对其宏观承载能力、几何特征以及微观材料特性、应力分布进行系统分析,结果表明应用优化设计的混合连接形式能减重约45%。优化几何特征可以有效缓解应力集中,优化后结构的应力水平约为原始构件的12%~38%。因而这种连接形式和设计优化方法对船舶轻量化设计有一定的指导意义。     

基于ANSYS机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模

网格划分是进行有限元分析建模的一个重要环节,总结了ANSYS建模中网格划分的主要步骤、方法的优缺点和注意事项;针对机翼翼盒的特殊结构,为实现装配要求,提出芯板和蒙皮相黏结的建模方法;分析了机翼受力的主要特点,对翼盒模型受力进行了合理简化。算例结果表明提出的芯板和蒙皮相黏结的扫掠网格建模方法能正确模拟实际结构连接情况,达到指定装配要求,为成功实现机翼翼盒的拓扑优化设计奠定了基础。     

基于基结构法的机翼仿生曲面网格结构设计

以某太阳能无人机机翼结构为研究对象,结合该类结构刚度分散大、超轻质、大展弦比等特点,运用基结构离散拓扑结构优化方法与仿生思想相结合的方式,设计得到了一种新的碳纤维轻质机翼结构。利用分步优化设计思想,通过GRAND法建立基结构网格关系,得到离散拓扑优化设计空间,并运用线性方法求解优化问题,获得机翼结构的拓扑关系;通过提取离散拓扑结构中杆件的节点尺寸信息,建立设计域内的材料权重分布;结合仿生设计理念,以编译结构拓扑生成方式的形式,表征参数化的模型几何特征;运用优化方法,得到最终的仿生机翼曲面网结构的最优拓扑形式。对比了该仿生结构与其他传统结构形式的结构性能,验证了所提方法对于太阳能飞机这类特殊机翼结构在超轻设计方面的可行性,在满足使用要求的前提下,实现了34.4%的结构减重。为开展此类刚度分散、碳纤维用超轻质结构研究提供了一种新的设计方法。     

喷气式无人机总体参数优化方法研究

提出了喷气式无人机总体参数优化方法，并建立了用于喷气式无人机总体设计的综合模型及相应的计算机软件，该方法能够以无人机的起飞质量最小为目标，以最大速度、盘旋过载、单位剩余功率、最大航 设计约束，对机翼面积、机翼展弦比、机翼尖削比、机翼后掠角及机翼平均相对厚度等参数进行优化并可进行参数敏感性分析。