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。     

大展弦比复合材料机翼非线性变形及模态分析

为明确大展弦比复合材料机翼铺层渐变过程中的几何非线性变形及模态分布情况,构建了三种等厚度材质（全金属、半复合材料、全复合材料）机翼的有限元模型,基于CFD/FEM的计算方法研究了不同马赫数及不同攻角下三种机翼的弯曲变形、扭转变形以及模态分布。通过对比分析发现：三种材质机翼的弯曲与扭转变形均会随着马赫数的增加而呈现出非线性增长趋势,而攻角的改变则对机翼结构的非线性变形影响较小;复合材料铺层可以有效提高机翼结构的固有频率,添加45°铺层角度的机翼蒙皮、翼肋乃至翼梁,针对机翼扭转变形突显了较好的力学特性,有利于机翼结构的抗振设计;随着马赫数的增大,机翼各阶模态频率均呈现出下降趋势,其中高阶模态频率相对低阶模态频率下降趋势更加明显。     

基于Isight的星载天线支撑桁架结构热变形优化设计

复合材料及其结构以其优异的性能在各种航天器上广泛使用,如卫星天线支撑桁架。文章研究了以Isight为集成平台对天线支撑桁架结构进行多参数多目标优化设计,获得满足结构刚度和热变形性能要求的复合材料杆件铺层,并分析了最优铺层杆件下天线热变形。该种优化方法可以快速地找到最优方案,对于型面精度要求较高的星载天线,可以大大提高优化效率及产品性能,可应用到整个星载天线的设计中。     

迫击炮座钣轻量化设计

针对某迫击炮座钣的轻量化问题,建立了座钣与土壤耦合的有限元模型,采用有限元法、结构优化设计和轻质复合材料铺层优化相结合的方法,进行了迫击炮座钣的轻量化设计。运用拓扑优化方法得到了迫击炮座钣的载荷传递路径,优化钣筋结构,获得了钛合金承力骨架。应用碳纤维增强树脂基复合材料对设计区域进行铺层并优化,确定了复合材料结构的板厚。对改进前后的迫击炮座钣结构进行有限元分析,刚强度对比结果显示,应用钛合金骨架和复合材料铺层的座钣最大应力小于原有结构,能够满足迫击炮座钣的性能要求,整体质量降低了19. 35%。     

基于ANSYS的脉冲发动机复合壳体优化设计研究

采用ANSYS软件对脉冲发动机复合壳体进行了优化设计研究。用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化;在临界压力载荷作用下．分别对两种材料层进行最大应力约束,以减少质量为目标,对复合壳体的壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化。利用表单工具,提出了两种材料复合结构整体一次性优化设计方法。计算结果表明,本优化设计方法可以减轻脉冲发动机复合壳体的总质量。     

射流发电机机械振动系统的动力优化设计

文中通过对射流发电机工作原理、结构特点及作用荷载的分析,建立了射流发电机机械振动系统的动力优化设计数学模型,以结构尺寸为设计变量,使结构重量极小化,满足动力位移、应力响应、基频以及尺寸限等约束条件,利用振型迭加法和复合形法求解。优化和试验结果表明经优化后,既减轻结构重量,又显著地提高了射流发电机的输出功率。     

导弹发射箱结构优化设计

针对国内导弹发射箱质量普遍较大的问题,以某型地空导弹的贮运发射箱为研究对象,探索导弹发射箱结构优化设计的方法。基于结构优化理论和ANSYS优化模块,以发射箱质量为优化目标,以位移、应力和一阶模态为约束条件,对发射箱进行结构优化设计,得到了可行的发射箱结构减重方案。     

基于MFC压电纤维复合材料的智能小翼驱动性能研究

智能微型导弹可以通过控制可变形智能弹翼结构改变飞行状态,满足作战需求。针对此类可变形智能小翼结构,本文以压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite, MFC)作为驱动器,通过使用MFC碳纤维复合材料悬臂梁仿真和试验相结合的方法验证压电复合材料的驱动性能。随后,设计了MFC复合材料小翼驱动机构并进行驱动试验,验证了所设计的MFC驱动智能小翼变形方案的可行性。在此基础上,研究了智能小翼复合材料蒙皮铺层设计对小翼压电驱动性能的影响。结果表明,增大智能小翼蒙皮45°铺层占比、减小0°铺层占比,或将45°铺层置于蒙皮表层、 0°铺层置于蒙皮芯层时,有利于智能小翼驱动性能提升。     

基于ANSYS的多元多层碳纤维设计研究

试验以自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料中的多元多层碳纤维为研究对象,采用ANSYS有限元软件进行建模和仿真,研究多元多层碳纤维的抗变形性和层数对多元多层碳纤维承载时应力分布的影响,以及2D正交铺设中两种铺向的多元多层碳纤维中应力分布的特点,并研究其热-应力耦合问题,得到了多元多层碳纤维的初等设计准则。     

航空弹药弹体结构强度分析及优化设计

为降低航空弹药质量,提升产品综合性能,对弹体结构进行优化设计.基于静力等效韧度原则,分析结构传力路径,应用形状优化及自由形状优化方法,改变承力位置局部结构,用铝合金材料替换高强度钢实现结构轻量化.提出适用于一般工程应用的减质量优化设计,在高应力区增加材料尺寸进行应力补偿,低应力区进行尺寸缩减,在局部结构突变位置增加倒角等措施以降低应力集中,材料替换后保证弹体结构可靠性.经优化,弹翼安装结构质量由6.6 kg降至2.6 kg,降幅为60％,效果显著.     

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%.     

多管火箭炮定向管的多目标优化及多属性决策研究

针对某多管火箭炮(MRLS)复合材料定向管的结构设计指标,根据有限元分析方法和优化设计方法,以复合材料定向管的复合铺层厚度、铺层角度及定向管中定位部的位置为优化设计变量,定义定向管固有频率和定向管质量为优化目标,结合有限元数值计算结果,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立了复合材料定向管的多目标优化模型。通过优化求解,得到帕雷托(Pareto)最优解,并由这些Pareto最优解构成决策矩阵,利用客观赋权的信息熵法计算各属性的权值,并运用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行了多属性决策研究(MADM),对Pareto最优解作了排序。引入比刚度结构效能对比分析优化前后的定向管性能,表明对定向管的优化设计是有效的。     

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。     

某火炮上架结构改进设计

为解决某火炮上架刚度较差问题,利用基于传力路径下的结构优化设计方法,进行了上架改进设计。通过有限元静态刚强度计算,分析了原上架设计中的薄弱环节。运用拓扑优化方法找到结构的主传力路径,寻求最佳材料分布,修改了上架筋板布局。采用尺寸优化方法进行详细设计,确定了上架主要板件的厚度尺寸。对改进前后上架结构的刚强度进行了对比和分析,结果表明改进设计的上架刚度有较大幅度提高,最大位移减小了32.7%,左右耳轴室中心变位差减小了52.1%,且最大应力降低20.0%,而结构质量仅增加了1.9 kg,达到了改进设计目标。     

基于近似模型的复合材料导管支臂结构性能分析

为分析气垫船复合材料导管支臂结构性能并进行高效率结构设计,采用一种带有权重系数变量的组合神经网络近似模型替代结构有限元计算。根据各铺层设计参数对结构性能影响的灵敏度进行分析并分组,建立多个神经网络模型,结合权重系数与各模型输出得到响应预测值。基于复合材料可设计性,应用优化拉丁超立方试验设计方法从细观和宏观层面分析研究导管支臂性能中材料参数的作用。结果表明：所提复合材料导管支臂结构组合近似模型方法具有较高精度,纤维弹性模量和基体剪切模量对导管支臂结构材料力学性能具有主导作用;在组分材料属性一定情况下,纤维体积分数的增加能够提高结构刚度与稳定性,在不同受力状态下纤维体积分数与各铺层角对结构失效影响有差异,设计时需进行特殊考虑;所提方法可为复合材料导管支臂结构性能分析及支臂结构材料一体化设计提供理论依据。     

模拟后坐实验炮支撑架优化设计与分析

以某实验炮支撑架为研究对象,采用HyperMesh软件建立了该支撑架的有限元模型,对其静态刚强度的计算结果表明该结构有优化余量;应用变密度法对支撑架进行结构拓扑优化,并对优化结构进行有限元分析;通过对比优化前后的计算结果可以看出经过优化设计的支撑架减轻了重量,材料分布更加合理,且刚度和强度均满足设计要求;模拟实验结果表明:优化设计的支撑架满足实验要求,对类似结构的优化设计具有一定的参考价值。     

火箭弹折叠尾翼的质量优化设计

火箭弹作为一种飞行武器,弹体应具有良好的气动性能.弹翼作为火箭弹结构的重要部分,可以产生飞行升力和对弹体的操纵力,并能加强弹体飞行的稳定性.火箭弹尾翼的质量与其飞行性能相关,此以火箭弹尾翼的质量为优化目标,进行尾翼的轻量化设计.根据火箭弹飞行的空气动力学要求,在尾翼面积不变的条件下以尾翼翼根厚度和展向厚度变化量作为设计变量,以翼面受气动载荷时的最大挠度和翼面展开时间为约束变量.通过理论分析和数值计算,给出了设计变量的设计可行域,得到了尾翼质量的优化设计结果,其优化后质量比优化前减少41%.     

复合材料身管非线性热弹性有限元分析

针对复合材料身管的热弹性问题,采用非线性有限元方法,建立了复合材料身管非线性热弹性有限元模型,通过对复合材料模拟身管进行非线性热弹性分析,得出了物性参数随温度变化对身管瞬态温度场分布、瞬态热应力和固有频率的影响规律,这些规律为复合材料身管动态热性能设计提供了理论依据。     

纵桁分布方式对结构振动与声辐射的影响

研究纵桁分布方式对结构振动与声辐射的影响,对于实际水下大型结构物的声学分析和优化具有重要的指导意义;以加肋圆柱壳为研究对象,采用了结构有限元耦合流体边界元算法,研究了不同纵桁间距分布方式对结构振动与声辐射的影响;数值计算结果表明：对于本算例,在频率大于400 Hz 时,纵桁的存在对加肋圆柱壳水下的减振和降噪有良好的效果;其中,等比增加间距的纵桁分布方式对结构减振和降噪效果最好;但纵桁的存在增大了结构在高频时的辐射效率,同时也增加了结构重量,这在设计时是需要考虑的。