航空电子设备复合材料结构优化设计概述

复合材料由于其良好的性能而在航空电子设备中的应用越来越广泛。讨论了航空电子设备复合材料结构优化设计技术,对优化的数学模型展开论述,介绍了优化的五个层次的材料工艺优化、拓扑优化、位置优化、尺寸优化和铺层优化,同时阐述了它们的特点和相应的优化算法。继而针对航空电子设备,研究了复合材料结构综合优化方法。通过对某型天线罩进行结构优化设计,结果表明了优化方法的可行性。     

基于ANSYS Workbench的航空电子机箱模态分析

性能优良的航空电子机箱可以减少机载设备在工作中承受的机械振动,是机载设备正常工作的保障。基于航空电子机箱的结构形式和工作状况,利用ANSYS Workbench有限元软件对机箱结构进行了模态分析,对模型的接触设置和网格划分进行了处理。通过分析获得了机箱结构的模态频率和振型,其分析结果说明了建模和仿真的合理性,为后期全面动力学特性分析和结构优化设计提供了参考依据。     

航空发动机双转子试验台临界转速匹配优化

转子系统的临界转速是航空发动机设计过程中的重要参数,为了更准确的研究航空发动机的动力学特性,针对双转子试验台和航空发动机临界转速不匹配问题,依据某型号航空发动机的结构特点,建立了双转子-轴承-机匣耦合系统的简化模型,基于有限元方法求解了模型的临界转速,运用变换哈墨斯利算法对模型的临界转速进行了优化,提出了双转子试验台和航空发动机临界转速匹配性优化方法.结果 表明:双转子试验台的临界转速和航空发动机的临界转速误差在5％以内,研究方法对双转子试验台初始结构设计方案筛选具有指导意义,可有效缩短双转子试验台的设计周期.     

基于连续密度变量的结构支撑布局优化设计

支撑布局的优化设计是决定结构设计质量与力学品质的关键因素 ,论文提出了用拓扑优化技术进行支撑布局优化设计的一种方法。为了实现结构动力学性能优化 ,采用拓扑优化方法中的虚拟密度技术 ,将支撑单元布局这一离散变量问题转化为连续变量优化问题。该方法以虚拟密度作为设计变量 ,基于单元刚度矩阵与设计变量的指数对应关系 ,建立了结构固有频率对设计变量的灵敏度计算格式 ,实现了动力学优化。论文给出了支撑布局拓扑优化的实例 ,这些问题对于检验论文中所使用的拓扑优化方法的可行性和结果的可信度有很大帮助 ,同样对于这种方法的推广应用也有很大指导意义。计算结果表明 ,拓扑优化方法不仅能够解决结构布局优化设计问题 ,而且在模型建立合理的情况下 ,也能够有效地对支撑布局进行动力学优化     

数控机床整机动力学性能可视化分析与仿真

将数控机床整机的动态性能分析与可视化设计方法相结合,以沈阳机床集团的某数控加工中心为例,提出了整机动力学可视化设计流程,包括设计目标、设计内容以及设计方法;最后对该加工中心进行整机动态性能可视化仿真,得出强度、固有特性以及谐响应情况,为该机床结构性能的优化提供依据.     

航空座椅动态冲击仿真方法研究

以航空座椅和仿真假人为研究对象,建立座椅有限元模型和HybridⅡ型假人多刚体系统模型,采用动态大变形非线性有限元分析技术和多刚体动力学方法,模拟了航空座椅和假人在冲击中的响应过程,评估了航空座椅结构的动态冲击性能,并与试验结果进行了对比分析,验证所建立的有限元模型的正确性.这种方法可降低产品研发过程中的试验费用,缩短设计周期,具有很重要的工程意义.     

某机载电子设备轻量化设计研究

某型飞机严酷的载机环境对其列装的电子设备的重量和结构可靠性提出了更高要求。文中通过整机布局优化、功能模块整合、主承载结构优化的并行设计方法对机载电子设备开展减重设计,并进行了结构动力学仿真分析。结果表明,在满足结构力学性能基础上,减重设计后的设备质量降低了13%,并通过了随机振动、冲击等环境适应性试验。文中采用并行设计的方法,实现了电子设备轻量化设计,可供电子设备结构设计参考。     

航空多支路分流传动系统多目标优化设计

为了提高安全性能和实现轻量化要求,对某航空多支路分流传动系统进行了多目标优化设计。选取传动系统参数为设计变量,通过计算齿轮接触和弯曲疲劳强度来衡量系统的安全性,建立了以系统质量和总安全系数为目标函数的多目标优化模型。优化模型中考虑分流传动系统对均载性能的要求,建立了多支路分流传动系统的动力学模型,计算得到系统的均载系数并对其进行约束。采用非支配排序遗传算法II(NSGA-II)求解优化模型,结果表明:给出的某航空多支路分流传动系统多目标优化设计方法能够提高系统安全性,实现轻量化。     

结构动力学设计优化方法的新进展

阐述结构动力学优化设计的研究背景和意义。根据实践,扼要介绍近十年作者在结构动力学设计研究方面取得的若干新近展,内容包括,随机激励下以均方响应为约束的设计方法、结构动力学形状优化、结构动力学拓扑优化、动力学设计约束的性质和解的存在性以及结构／控制一体化优化设计,并对进一步的研究工作做简要展望。     

一种基于OptiStruct-Abaqus的航空齿轮腹板轻量化设计方法

基于结构优化软件OptiStruct和商用有限元分析软件Abaqus,结合拓扑优化、尺寸优化和有限元接触分析等相关理论,针对航空齿轮轻量化设计问题,创新性地提出了一种齿轮腹板结构轻量化设计方法。以某型航空发动机附件传动齿轮为研究对象,基于OptiStruct软件对腹板结构进行拓扑优化与尺寸优化减重设计,利用Abaqus软件对齿轮进行接触性能计算,给出腹板结构轻量化设计的流程和关键技术。结果表明,在保证强度和传动误差要求条件下,齿轮整体质量减轻了39. 6%,减重效果明显,实现了齿轮轻量化设计目的。     

基于ANSYS的涡轮榫接结构优化设计

以典型的三齿枞树型榫接结构为对象,建立了航空发动机涡轮榫接结构优化设计方法。基于ANSYS优化平台及参数化建模技术,合理选取优化设计变量,以榫接结构总质量最小为优化目标,以榫接结构关键应力为约束,建立了涡轮榫接结构优化设计的数学模型,以某型航空发动机涡轮榫接结构设计方案为设计条件,进行了涡轮榫接结构优化设计分析。结果表明,在满足所有几何约束和强度要求的条件下,优化后的涡轮榫接结构总质量较优化前减少了10．96％,说明涡轮榫接结构优化设计方法的合理性。     

商用航空发动机工装设计方法优化与仿真

针对商用航空发动机工装优化设计问题,基于数字化设计和仿真技术,对专用工装的快速、高可靠性设计进行了研究.提出了知识库、装配工艺成熟度、工装设计成熟度、计算机辅助工程结构仿真四项预设计关键点,基于NX、Teamcenter、Tecnomatix软件的联合,分析了工装的快速可靠设计、计算机辅助工程分析、动态仿真分析、计算机辅助制造的联动方法,优化航空发动机工装的设计方法.研究结果表明,优化后的设计方法可以提高工装设计效率和可靠性.经过中国航发商用航空发动机公司的初步测试验证,所提出的优化方法和仿真结果是有效的,可以为后续商用航空发动机工装的设计提供参考.     

全景式航空相机扫描反射镜及支撑结构设计

扫描反射镜是航空相机光路转折、像移补偿和自准直调焦的关键部件,扫描反射镜及其支撑结构的设计水平对航空相机的性能有重要影响。以某全景式航空相机为例,在总结了扫描反射镜尺寸、轻量化结构、柔性支撑结构的一般设计方法基础上,设计了三角形和四边形轻量化孔组合形式的扫描反射镜结构,并提出了一种背部三点柔性支撑结构形式,经验证可以满足设计指标中对反射镜面型精度的要求。     

主动悬架和电动助力转向系统机械与控制参数集成优化

在建立汽车悬架和转向动力学模型的基础上,设计主动悬架和电动助力转向的集成控制系统。针对传统先设计结构参数后设计控制器易造成系统失去全局最优性能的特点,提出一种基于模拟退火的结构和控制器集成优化设计方法,将主动悬架和电动助力转向系统的主要机械结构参数和控制器的部分参数作为设计变量,以汽车的综合动力学指标为目标函数,进行同时优化。仿真计算和试验结果表明此方法与传统设计方法相比,对提高汽车操纵稳定性、行驶平顺性、操纵轻便性和安全性等综合性能具有较好的效果。     

“天绘一号”立体测绘相机力学环境适应性研究

立体测绘相机的结构力学分析和热分析是与有效载荷设计、制造和工程阶段状态确定密切相关的关键技术,基于CAE技术,对天绘一号立体测绘相机的结构进行了静力学、动力学性能分析、热光学性能分析和动力学载荷响应分析,研究了相机在微重力作用下抵抗变形的能力,相机抗外界干扰能力以及在发射、动力试验过程中的抗破坏能力。针对测绘相机正弦扫描Y向加速度响应过大的问题,基于Hyper Works软件对立体测绘相机模态进行了拓扑优化方法研究,预测了最佳的材料分布,建立了测绘基座的最优结构布局。根据拓扑优化结果修改后的测绘基座有效提高了立体测绘相机的动态刚度,使测绘相机的基频从105.5 Hz提高到114 Hz,提高了测绘相机动力学性能,降低了整机的Y向动力学响应,保证了改进测绘基座后测绘相机的力学环境适应性。试验结果表明,设计方法使测绘基座能有效满足系统的力学环境适应性要求,并提高方案设计和优化的效率。该优化设计方法对测绘相机研制以及其他空间光机结构的设计都具有一定借鉴意义。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

从柔性多体动力学对机械臂结构影响出发,分析了基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计方式,旨在为柔性多体动力学在机械臂结构优化设计中的应用奠定技术基础,以此提高机械臂整体动力学性能,进而提高机器人载重、自重比和末端操作精度,提升机械臂应用效果和技术含量。     

基于模块化设计降低柴油机振动的开发与研究

为了提升某柴油机的整机振动性能,文中基于模块化设计的方法对柴油机飞轮壳结构进行优化设计,将组合式结构改为一体式结构,并对优化前后的两种结构进行了有限元分析和多体动力学分析。在有限元分析中,通过对比计算和试验的自由模态验证有限元模型的准确性。在多体动力学分析中,通过对比计算和试验的表面振动加速度验证多体动力学模型的准确性。结果证明,模块化设计的方法有效降低了整机振动,飞轮壳顶部测点的振动加速度降低了53.3%,整机振动烈度降低了14.0%。     

多工况下转向节结构优化设计

为使悬架转向节在轻量化的基础上能够满足汽车各工况下强度性能及动力学要求,首先建立刚柔耦合动力学模型并进行动力学仿真,得到转向节在悬架系统中的合理位置,并提取转向节在悬架系统中所受载荷;然后建立转向节CAD模型,并在CAE中对其进行结构强度分析和结构优化;根据优化结果进行二次设计,并对二次设计后模型的强度进行分析。强度分析结果验证了所设计转向节结构的合理性。     

基于空气动力学的土工离心机 造型优化设计

土工离心机的空气动力学性能直接影响其在亚声速运行状态下运行的稳定性。以降低离心机高速运行时的空气阻力为优化目标,对造型进行空气动力学优化设计探索。在使用参数化建模方法建立的离心机简化模型的基础上,根据阻塞效应反求方法定义计算流场域。采用计算流体力学方法对土工离心机以及周围流场进行空气动力学分析,分析结果为优化提供了理论支持,对离心机的空气动力学性能敏感位置进行了造型优化,对设计变量与性能变化进行相关性分析。结果表明空气阻力伴随关键位置造型的变化呈现单调性变化,优化后的土工离心机空气动力学性能提升效果显著。     

机架固有频率优化的结构设计

面向自动化装备机架结构的优化需求,提出了一种基于固有频率优化的结构设计方法。根据外部激励的幅频曲线和机架最大振幅与刚度、质量之间的关系曲线图,获得了频率优化边界条件。通过模态分析得到各阶固有频率与振型,并根据灵敏度系数给定设计变量范围,基于固有频率约束与质量最轻目标给出了优化设计函数,进行了机架结构优化设计。最后利用ANSYS Workbench谐响应分析验证了优化后的模型较原模型极大程度地改善了机架的动力学性能。优化设计方案提高了机架固有频率,优化了其振动特性,满足生产实际要求;该固有频率优化方法具有一般性,可用于类似支撑结构的优化设计。