基于多学科优化设计方法的航空电子设备应用研究

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科,多学科设计优化(MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法,是解决航空电子设备设计等复杂工程系统问题的有效手段.航空电子设备系统包含大量的学科和子系统,因此在设计过程中需要充分考虑各学科间的耦合效应.针对这一问题,提出了改进的单极优化方法为优化策略,以iSIGHT为平台构建了理想的设计环境.通过对电子设备中的典型结构印制板级模块进行了实例分析,验证了该优化设计方法集成复杂设计问题的可行性.     

基于BP神经网络的航空电子设备安装架结构优化

航空机载设备的可靠性决定飞行器的稳定安全性能,其结构的优化设计是一个重要研究课题。建立了航空电子设备安装架的有限元动力学分析模型,根据正交试验设计方法选取设计参数样本空间,利用计算模态分析方法获得了每个样本的性能参数,采用神经网络和遗传算法相结合的优化方法,数值求解了优化命题。结果表明,优化后的结构具有更佳的动力学性能、质量更轻,验证了该优化方法的高效性、可行性。     

基于MDO方法电子设备关键结构的优化设计

利用VC++和iSIGHT构建了一套参数化建模和综合设计优化的平台,实现了基于MDO方法的某电子设备关键结构优化的整个流程。以某型号电子设备的关键结构的散热性能、振动性能和结构轻量化等建立多学科设计优化模型,并考虑各学科之间的耦合效应,采用连续二次规划(SQP)算法,优化求得结构参数全局最优解。     

星载电子设备加筋板优化设计

星载电子设备动力学性能对于卫星工作可靠性具有重要意义。本文以某卫星星载电子设备为研究对象,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法研究了该电子设备机箱加筋板的结构设计。建立了两层实体单元的板结构,以一阶频率最大为目标,通过拓扑优化得到加强筋结构的拓扑分布;之后在拓扑构型基础上,以结构质量最小为目标,一阶频率作为约束条件进行尺寸优化得到加筋板的详细结构。     

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。     

基于复合相变热沉的一体化设计

为解决弹载电子设备瞬时大功率工作的散热问题,文中采用膨胀石墨和高碳醇复合材料作为相变材料,对相变热沉与模块盒体进行了一体化设计,并对模块结构进行了优化设计,显著提升了复合相变热沉的散热效能。结果表明,采用复合相变一体化设计后,芯片最高温度由107.7 ℃降至87.3 ℃,仿真结果和试验测试结果的偏差小于3.6%,满足了工程散热需求。该研究可供大功耗弹载电子设备模块结构设计、复合相变热沉设计及优化等参考。     

复合材料结构自动纤维铺放加工路径优化方法

将复合材料结构铺层数量、铺层厚度和铺丝角度作为优化问题的变量,提出一种适用于复合材料结构的纤维丝束自动铺放路径规划的优化设计方法,以降低复合材料构件总质量为主要优化目标,按照结构应力方向选择纤维角度,根据应力大小确定铺层厚度,根据应力分布位置决定铺层数量,在包括结构强度和纤维丝束曲率半径在内的约束条件下,使复合材料构件的总质量最小化。以类三棱柱复合材料立体结构为主要研究对象,利用有限元分析工具构建并实现铺贴丝束材料模型,根据各种载荷对铺丝层压结构进行了实验验证。     

基于启发式规则的航空复合材料车间生产排程研究

以国内某航空制造企业复合材料生产车间现场为对象,针对航空复合材料的特殊性,对这类车间生产排程进行研究和探索;基于航空复合材料的生产工艺特点,提出针对航空复合材料车间生产过程中的瓶颈工序即热压成型工序的排程方法和步骤,并且针对该瓶颈工序的可重入特征建立了基于启发式规则算法的优化排程模式。     

基于启发式规则的航空复合材料车间生产排程研究

以国内某航空制造企业复合材料生产车间现场为对象,针对航空复合材料的特殊性,对这类车间生产排程进行研究和探索;基于航空复合材料的生产工艺特点,提出针对航空复合材料车间生产过程中的瓶颈工序即热压成型工序的排程方法和步骤,并且针对该瓶颈工序的可重入特征建立了基于启发式规则算法的优化排程模式。     

复合材料结构优化技术在飞机设计中的应用

采用复合材料结构设计及优化方法,通过编译程序将工程软件CATIA、分析计算软件MSC.PATRAN和优化软件iSIGHT结合,将基于CAD／CAE技术的复合材料结构设计及优化技术融入飞机设计中,有效优化飞机复合材料结构,减轻飞机结构质量。该方法的优点是：（1）在设计铺层阶段就考虑铺层在复杂曲面上的展开形状;（2）能便捷地优化复合材料的结构设计。     

某机载S形深孔液冷板优化设计

S形深孔冷板被广泛应用在强迫液冷的机载电子设备中。从对常规S形深孔冷板的结构特点分析可知,因其流道串联、长且平直,所以流道内压力损失大,换热效率低。因此,在进行某机载S形深孔冷板优化设计时,采取了并联分支以降低流阻,在平直流道中设置了多级阶梯孔以提高换热效率,确定了冷板双进、双回以及双出的结构形式。经有限元仿真分析和试验验证,选取凸出物高度与当量直径比0.05进行阶梯孔优化,优化设计后的冷板流阻下降了1/3,最大温差下降了4.5℃。经装机使用,优化设计后的冷板散热性能可靠,达到了优化设计的目的,其优化方法对同类S形长直流道冷板的优化设计具有一定的参考价值。     

航电系统作战飞行程序研究

研究了航电系统作战飞行程序的开发,软件组织的结构形式与组织的划分、软件的任务定向与功能模块、严密的软件控制、软件的设计验证和完整的软件试验;并对航电系统作战飞行程序开发环境的基本原理、开发环境的基本软件组成、航电系统作战飞行程序的综合开发/支持系统的基本结构和航电系统作战飞行程序硬件结构组成进行了分析;对航电系统作战飞行程序的应用进行了讨论。     

插装式比例节流阀多目标遗传算法结构优化

提出了插装式比例节流阀先导级结构参数优化设计方法。在插装式比例节流阀非线性数学建模的基础上,通过仿真研究了先导级结构参数的改变对整阀动态特性的影响规律。为提高设计效率,充分考虑了优化过程中各参数的约束条件。提出了基于多目标遗传算法的插装式比例节流阀结构优化方法,以提高其动态特性。对优化前后的整阀动态特性进行了验证。研究结果表明:基于优化设计方法设计的整阀动态特性显著提高。     

某微型电动车车架结构的拓扑优化设计

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻质量,将拓扑优化理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于有限元法通过ANSYS软件对新设计车架的结构参数进行了优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

拓扑及参数优化方法在专用汽车车架结构设计中的应用

提出了将拓扑优化理论和结构参数优化方法综合应用于集装箱半挂车车架结构设计中的设计思想。在结构设计的开始阶段引入拓扑优化理论．先对结构进行布局优化,以获得较合理的初始结构方案,再通过结构参数优化设计,得到满足其强度和刚度及设计工艺要求的最优结构。探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。在ANSYS软件平台上进行了CAE软件包的二次开发．设计了集装箱半挂车车架优化设计专用软件模块。     

基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计

结合静态和动态拓扑优化方法对汽车前纵梁进行耐撞性设计,通过静态拓扑优化方法分别获得前纵梁在轴向刚度最大和侧向刚度最大时的结构形式,通过动态拓扑优化方法获得前纵梁具有最大吸能时的结构形式。对拓扑优化结果进行分析,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置。优化前后前纵梁的吸能特性对比结果表明,拓扑优化使前纵梁的耐撞性能有一定的提高。     

集装箱吊架结构优化设计

采用拓扑优化、形状优化和尺寸优化对集装箱吊架进行优化设计。首先利用基于变密度法的拓扑优化,以柔度最小为优化目标,体积分数作为约束条件,得到设计空间内最优的材料分布路径。然后根据得到的拓扑结构重新设计,并在局部再一次进行拓扑优化,改善局部的拓扑结构。利用最终得到的吊架的拓扑结构建立新的有限元模型,综合运用形状优化和尺寸优化;以质量最小为优化目标,吊架的刚度和强度为约束条件,实现吊架的减重。通过综合三种优化方法,不仅提高了吊架的性能,而且大大降低了吊架的质量。     

舰载铸铝密闭机柜优化分析

刚强度/重量比最优是舰载铸铝密闭机柜的设计目标。为满足设计要求,对机柜进行了结构优化分析。采用拓扑优化方法确定了机柜加强筋布局;通过手工优化和有限元刚强度分析计算,确定了加强筋截面参数、板厚等具体设计参数。结果表明该机柜动态特性可满足设计要求。     

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。     

微型电动车车架结构优化设计方法

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻重量,将可靠性理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于结构可靠性和有限元法对新设计车架的结构参数进行了可靠性优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。