面向增材制造的飞机主承力结构优化设计

21世纪,我国的科学技术快速发展,在这个前提之下民用飞机交通已经大规模地投入到日常生活的使用,所以对于民用飞机的使用效率以及飞机质量等是需要工作人员大力研究的方向,特别是对于民用飞机的主承力结构以及制造材料需要利用特殊的手段来加以研究.这些方面需要从民用飞机当中结构分布的特点和结构优化等方面来分析,研究出更加科学、承力...     

微小卫星星敏感器支架的优化设计与试验

针对卫星结构中星敏感器支架在随机激励下加速度响应均方根(RMS)值过大的问题,提出了星敏感器支架优化设计方法。简述了星敏感器安装点随机响应的基本理论,对卫星结构进行了模态和加速度响应灵敏度分析。以星敏感器安装点RMS值最小为目标,以基频和体积分数为约束,建立了星敏感器支架随机响应优化模型,并对支架进行了拓扑优化设计。最后,利用MSC.PATRANNASTRAN对优化处理后的支架模型进行了工程分析。结果显示:星敏感器安装点随机响应RMS值降低了20%以上,支架结构轻量化率达到了50%。另外,利用振动试验台对支架进行了振动试验。实验显示:有限元分析结果与试验数据相对误差低于15%,表明设计的支架的性能参数满足设计指标,验证了所采用优化方法的可行性。     

卫星承力筒的结构特点与应用分析

承力筒是卫星结构的关键部件,直接影响着卫星总体的力学性能。首先简要介绍了承力筒式卫星结构的优点;随后从承力筒材料与工艺的角度出发,介绍了不同类型的承力筒在卫星结构上的应用情况与特点;详细阐述了风云三号卫星承力筒的设计、分析与试验过程,对承力筒的材料、面板铺层等参数分别进行了优化,在通过整星的模态、振动等试验验证后得到了成功的应用。最后,给出了承力筒研究的重要意义和今后的发展方向。     

飞行器主承力结构的轻量化设计

利用碳纤维复合材料具有比强度及比模量高等优点,针对中心承力筒式卫星主承力结构设计了一种主承力架和若干独立模块层单元组合的结构方案。通过复合材料层压板理论和截面设计理论,对主承力架进行了结构设计。该主承力架由碳纤维复合材料铺层成型,消除了层间耦合刚度;采用薄蒙皮+"几"字型筋+T型环筋的桁架结构和合理的工艺设计提高了主承力架的承载能力。对所设计的主承力架结构进行了数值仿真分析,结果表明主承力架强度和刚度均满足设计要求。最后,对主承力架进行了实验验证,结果显示,实验结果与仿真计算结果基本一致。与铝合金材料结构设计相比,采用碳纤维复合材料的主承力架结构的重量减少了30%以上,实现了飞行器主承力结构的轻量化。     

微小卫星整星模块化结构的模态分析

应用有限元软件ANSYS的板单元和梁单元，建立不同的微小卫星整星结构的有限元模型。通过模态仿真分析计算结果讨论，得出微小卫星结构的质量分布对系统的固有频率及振动的影响程度。为后续整星结构有效载荷合理分布提供可靠的依据。     

基于近似模型管理的微小卫星结构多目标优化设计

针对某型号微小卫星结构多目标优化的特性,在基于信赖域近似模型管理的基础上,提出了一种新型的近似模型管理框架。选取正交试验法和Kriging近似法用于构建近似模型,选取基于拥挤距离的粒子群多目标优化算法作为核心算法,并通过最大最小距离策略来保证信赖度计算的准确性与合理性,从而确保获取与高精度模型一致的非劣解集。所选的五组优化结果显示,卫星结构质量均有不同程度的减小, 最大减幅达到14.1%,同时整星前三阶固有频率较优化前明显提高。该近似模型管理框架在微小卫星结构多目标优化设计中的成功运用验证了其有效性及合理性,对于复杂工程多目标优化问题具有一定的工程应用价值。       

小型堆核主泵水力优化设计及试验研究

以更安全、更高效、更经济为主要特征的新一代核能技术及其多元化应用,成为全球核能科技创新的主要方向。小型反应堆因其安全、经济、可移动等优点而具有广阔的应用前景,小型核主泵的研究也受到了诸多学者的关注。对小型堆核主泵的水力开发进行研究,采用CFD数值模拟和试验验证相结合的方法,对小型堆核主泵进行水力优化设计。首先基于设计输入参数确定关键水力部件基本结构参数,对小型堆核主泵的叶轮和导叶进行初始模型的建模,采用三维软件对进口吸入段、叶轮、导叶及泵壳进行建模;其次利用6因素3水平的L18(63)正交表对小型堆核主泵水力进行正交优化设计,将不同因素与水平合理分为18组试验方案,并对18组模拟结果进行极差分析,选取最佳参数组合;最后与优化前模型的外特性和汽蚀特性进行对比,并对优化后的模型进行了内部流动分析。优化模型进行实体制造并通过试验验证,一方面证实了正交优化设计方法是可行的,另一方面优化后的小型堆主泵模型具备了较优的性能,促进了小型堆核电技术发展。     

汽车车架的结构优化设计

这里以有限元结构分析和优化算法相结合为手段，以某型载货车车架为例，先对车架进行拓扑优化获得车架最优拓扑形式，根据车架最优拓扑形式确定横梁的数量及分布位置和纵梁的加强方式，得到车架的概念化设计。然后对横梁和纵梁的截面尺寸进行优化，建立了车架的力学模型，优化参数模型，优化数学模型，有限元模型，采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序，用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计，计算结果表明该优化设计方法的有效和高效，给出了汽车车架的计算机辅助优化设计的有效方法，该方法可广泛应用于车架的优化设计工程。     

电动自行车主车架结构的优化设计

对某电动自行车钢结构主车架进行计算机优化设计,并选用镁合金材料来减轻质量。利用拓扑优化和尺寸优化技术获得新的车架结构和管件尺寸,并进行静力分析和模态分析。与原钢架相比,优化后的镁合金主车架质量减少60%,固有频率提高。结果表明,新结构的强度和刚度达到设计要求。     

双向渐进结构拓扑优化设计研究

双向渐进结构优化法（BESO）是近年来兴起的一种懈决各类结构优化问题的数值方法。其原理是通过同时删除和增补单元,使剩下的结构逐渐趋于优化。文章提出了基于应力约束的渐进结构优化方法,与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便,并通过算例证明该方法的有效性和可行性。     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。     

空间相机柔性减振支撑结构的优化设计

根据高分辨率空间相机性能要求,设计了一种倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。首先,根据某卫星结构要求初步设计了相机底部支撑结构,建立了以随机响应为目标的优化设计模型。利用尺寸优化设计了双脚架结构支腿的柔性环节,得到柔性环节最小厚度为2.5mm。然后,对相机底部支撑结构进行了工程分析。分析结果表明,设计的支撑结构组件重量1.26kg,基频达到1 624Hz。最后,对空间相机底部支撑结构组件进行了随机振动试验,试验结果显示:与相机结构连接处的最大响应RMS值为21.4grms,随机响应最大相对放大率为0.93,满足空间相机支撑结构的减振要求。得到的结果验证了设计和分析的可靠性,对同类卫星相机底部支撑结构的设计具有一定的指导意义。     

基于KNN方法的多约束下连续体结构拓扑优化设计

提出了多约束下连续体结构拓扑优化设计的K邻近(KNN)方法。首先以结构单元作为样本,将整个设计区域看作是样本空间,将连续体结构拓扑优化看作是一种对单元的模式识别;然后利用单元应力和位移灵敏度作为单元样本的特征向量,利用特征向量的欧氏距离为识别标准,引入模式识别的KNN方法进行多约束下的连续体结构拓扑优化设计;最后给出计算示例的优化结果来表明该方法是可行的。     

典型安装架在随机振动下的优化设计

采用仿真和试验的方法对机载电子设备安装架在随机振动条件下的优化设计进行了研究。首先,采用静力等效思路将随机振动载荷转化为静载荷,对安装架在静载荷下进行拓扑优化。接着,基于拓扑优化结果进行了模型设计和动力学仿真分析,分析结果表明,在保证优化后质量不高于原设计模型的条件下,优化后安装架的强度和刚度都有显著提高。最后,通过随机振动试验验证了该优化设计的可行性。     

基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法

针对大口径空间光学反射镜对轻量化的需求,提出了基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法.该方法利用基结构拓扑优化的思想,将反射镜初始设计域限定为筋板式的反射镜基结构,通过各筋板的有无描述结构构型的变化.首先,借鉴连续体结构拓扑优化的思想,以壳单元离散筋板结构,以加筋板各单元的相对密度为设计变量(通过相对密度取1或0,描述该单元所在区域的筋板是否存在),以光轴竖直工况下镜面面形误差为设计约束,镜体的质量最小为优化目标,建立了镜体结构构型设计的拓扑优化模型;然后,以拓扑优化所得构型为基础,提取并形成结构概念构型;最后,采用有限元法进行动静刚度分析与光学性能分析,并对结构进行修正,形成性能更好、满足要求的反射镜轻量化结构创新构型.文中的设计实例得到的反射镜镜面面形误差PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40,第一阶自振频率大于1 000 Hz,轻量化率达到86.0％.得到的结果验证了本文方法的有效性.     

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。     

基于遗传算法的车体钢结构的结构优化

以轻量化为目标,采用遗传算法对25T型钢结构客车车体进行结构优化设计。以底架横梁的布局和截面类型为设计变量进行拓扑优化和截面优化的组合优化。     

柔性结构拓扑优化设计发展概况

论述了柔性结构的特点、拓扑优化设计的基本原理与方法、国内外研究发展现状 ,以及在工程设计中的应用等问题。最后 ,列出了柔性结构拓扑优化设计的发展方向、需要解决的问题 ,以及可能解决的方案等。