发射装备结构支架的拓扑和尺寸优化北大核心

为实现某型发射装备结构支架的轻量化和小型化,在准静态均布载荷作用下对结构支架进行了拓扑优化设计,分析了优化得到的新型结构支架的刚度和重量对各个板件厚度的灵敏度。以板件厚度为设计变量,以结构重量最小为设计目标,对新型结构支架进行了尺寸优化,分析了最优解对设计变量初值的鲁棒性。计算和优化结果表明,在结构刚度不降低的条件下,新型结构支架的重量与原有结构支架相比减小了51%,最大应力降低了49.6%。     

尾座式电动飞机复合材料机翼结构优化设计

以复杂地形地区物资快速投送平台设计为背景,开展尾座式电动飞机复合材料机翼设计研究。对机翼结构载荷进行分析,对机翼结构构件布置和铺层进行设计,形成复合材料机翼结构设计方案。建立复合材料机翼结构有限元模型,开展典型工况条件下的静力分析,得到机翼结构变形、应力和Tsai-Wu失效因子分布。采用分步优化策略,以机翼结构铺层厚度和铺层角度为设计变量,开展机翼结构质量优化计算,优化结果表明,优化后的机翼结构在满足强度和刚度要求下质量减轻约47.77%,可为尾座式电动飞机结构设计提供重要参考。     

钢空腹夹层板结构基本力学性能

钢空腹夹层板是一种新型楼盖结构,具有跨度大、重量轻、厚度薄等特点,它与一般井字梁结构不同之处在于空腹夹层板需考虑剪切变形对结构的影响。采用拟夹层板连续化分析建立结构上下肋的等效薄膜刚度方程和剪力键夹心层的折算剪切刚度方程,给出结构在四边简支条件下的解析解。针对同一算例,将连续化分析的结果与有限元分析以及简化计算进行对比研究,结果表明:3种方法得出的挠度误差在5%以内,下弦杆件轴力误差在15%以内;采用连续化分析进行钢空腹夹层板结构的静力计算,具有较高的精度,简化计算方法具有足够的安全储备,可应用于实际工程。     

基于iSIGHT的某型多管火箭炮基座的轻量化设计

针对某型多管火箭炮基座的轻量化问题,基于火箭炮基座的设计要求,建立了基座优化的有限元模型,以多管火箭炮基座的形状尺寸为设计变量,并首次引入比刚度结构效能最大为目标,采用组合优化策略进行优化求解,实现了基座的轻量化设计。优化后,基座的质量减小14.4%且比刚度结构效能增大33.2%;经分析,优化后的基座对整炮性能响应的影响基本可以忽略。该研究也给多管火箭炮其他结构的轻量化设计提供了可供借鉴的方法。     

含相变材料热结构拓扑优化研究

针对承受热载荷工况的结构,以加强筋作为研究对象,研究了一种通过引入铝基相变材料来延迟结构温升的热控方案,针对相变传热过程非线性强,灵敏度分析困难的问题,基于Kriging代理模型优化算法与设计变量较少的基于材料场级数展开的拓扑描述方法,提出了一种考虑相变传热过程与材料温度效应的以重量为约束,以截面抗弯刚度最大为目标的截面拓扑优化方法。并研究了2种铝基相变材料,得到了在热载荷作用下,使截面抗弯刚度最大的材料分布形式。对优化构型的分析表明,在TA15加强筋截面中加入铝基相变材料可以高效的延长加强筋结构在高温环境中的工作时间。     

车载机枪托架行进间发射动力学分析与优化

托架是车载机枪上的主要承力构件,其刚强度和动力学性能会对车载机枪射击产生较大影响。基于路面不平度理论和发射动力学理论,建立了某12.7 mm车载机枪的行进间发射动力学模型。对行进间射击时的车载机枪托架,在极限射角及平射状态分别进行10发连射过程的仿真分析。以减轻托架结构质量和降低托架支撑板行进间发射时的交错变形为目标,结合拓扑优化分析与参数化建模方法,对托架进行结构优化设计,并对优化前后的托架力学性能进行对比。分析表明：平射时托架工况最为恶劣,托架满足强度要求;托架支撑板交错变形会引起枪口产生0.011 3 mm的偏移,通过对托架结构优化设计,结构质量减小31.82%,提高托架支撑板刚度匹配性,支撑板的交错变形量减小85%。对车载机枪及遥控武器站的设计具有指导意义,为其他机载武器及遥控武器站设计提供参考依据。     

舰船复合材料局部结构细节设计方法

由于复合材料结构具有各向异性、组份复杂、可设计变量多等特性,有效的复合材料结构设计应同时考虑整体结构宏观设计和局部结构细节设计,两者虽密切关联,但在分析方法上存在一定差异。对此,将整体结构简化分析与局部结构细节设计联系起来,重点针对局部结构细节设计方法进行探讨,提出了一种细节设计方法。该方法基于子模型与试验工况模型的对比分析,通过局部结构试件试验对整体结构承载特性进行了综合评价。以某型船复合材料甲板室结构设计为例,通过整体简化模型优化分析确定板架构件尺度参量和铺层设计方案;提取典型局部结构承载形变特征要求,并基于子模型分析技术探讨局部结构细节设计;最后,以局部结构试验验证与考核完成整体结构的优化设计。计算结果表明:该方法能在有效控制设计成本的同时,合理开展复合材料结构设计工作,可供研究和设计者参考。     

无障板水下声辐射特性的参数影响规律研究

平板作为工程结构最常见的形式,探讨其振声性能的基本变化规律对指导结构减振降噪设计具有重要意义。首先,基于各向同性材料无障板振声理论,推导了无障板的声压积分方程;然后,将结构的动力方程代入无障板形式的振速方程中,通过离散声压差值和叠加板的振动模态位移,并参考有障板的声辐射阻抗表达形式,得到无障板的声辐射阻抗,进而求解振动和声辐射响应;最后,以水下简支矩形板为例,计算对比了声辐射参数,分析了模量、密度、厚度、损耗等对无障板振声性能的影响规律。结果表明:板的刚度、阻尼均可直接影响结构的振动,材料模量、厚度以及损耗因子参数越大,壳板的减振降噪性能越优越。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

采用遗传算法对Jaumann吸波结构材料优化设计

以频率带宽为优化目标函数,采用遗传算法针对3层Jaumann吸波结构材料进行优化设计。分析了不同介电常数,不同隔离层层数,不同隔离层厚度以及不同电阻参数对吸波材料反射率的影响;在吸波结构材料反射率T-15 d B条件下,获得了较宽的频率带宽,并得到了该频率带宽内相应介电常数,隔离层厚度和电阻的优化参数。     

桁梁式壁板结构优化设计

文中把承受集中载荷的多桁单梁壁板,简化为单桁单梁壁板计算模型。用有限元素法对大梁进行强度分析和用数学规划法进行结构综合,提出了一个优化设计方法。用此方法计算的实例表明,与现有设计方法相比,在相同载荷作用下,可降低结构重量19.2%.     

采用遗传算法对Jaumann吸波结构材料优化设计北大核心

以频率带宽为优化目标函数,采用遗传算法针对3层Jaumann吸波结构材料进行优化设计。分析了不同介电常数,不同隔离层层数,不同隔离层厚度以及不同电阻参数对吸波材料反射率的影响;在吸波结构材料反射率T<-15 d B条件下,获得了较宽的频率带宽,并得到了该频率带宽内相应介电常数,隔离层厚度和电阻的优化参数。     

近距空爆载荷作用下双层防爆舱壁结构抗爆性能仿真分析

为探讨双层舱壁结构的抗爆性能,采用有限元仿真分析了近距空爆载荷作用下结构的动态响应过程和板材最大有效塑性应变随冲击波载荷强度的变化关系以及结构的失效破坏模式和动态吸能特性,并与相同材料同等重量的传统加筋板架进行了比较,最后对抗爆性能较好的CI型双层舱壁结构进行了结构抗爆的近似优化。研究结果表明:双层舱壁结构能够有效避免局部撕裂失效的破坏模式;相同冲击波载荷作用下,双层舱壁结构吸能较大,但结构板材的最大等效塑性应变却比加筋板架小,因而抗爆性能明显优于加筋板架;通过结构抗爆的近似优化可得到抗爆性能更优的双层舱壁结构,可为工程中双层舱壁结构的选型和抗爆防护结构单元的设计提供参考。     

考虑流-结构耦合的体积约束拓扑优化

为实现流-结构耦合的结构拓扑优化设计,首先分别以水下结构固有频率和结构刚度最大化为目标,建立了渐进结构拓扑优化模型;然后,改进了网格独立滤波方法,提出单元尺寸滤波方法,将优化方法推广至设计域中单元尺寸存在差异较大情况的问题;最后,推导了目标函数以及在约束条件下的单元灵敏度,并采用双向渐进结构优化法对结构进行迭代计算。结果表明:刚度优化结果拓扑结构清晰,同时优化结构中未出现棋盘格现象,迭代过程收敛平稳;频率优化结果中,固有频率较初始设计域提升明显,优化效果显著,证明了单元尺寸独立滤波方法的有效性。     

面内载荷下复合材料帽型加筋板结构稳定性分析

为探究复合材料帽型加筋板结构稳定性问题,首先根据层合板理论和等效刚度法,通过分析边界条件得出复合材料帽型加筋板在面内压载作用下局部失稳的特征方程;然后,引入算例进行了数值计算,定量分析了结构参数变化对帽型加筋板临界载荷和屈曲模态的影响规律;最后,结合算例进行了相应的试验分析,试验结果和计算结果吻合较好。分析表明：帽型加筋板在面内压载作用下优先发生局部失稳,通过合理设计帽型筋条可有效避免结构整体失效。该研究结果对工程结构设计应用具有一定的理论参考价值。     

基于星架系统结构参数的卫星载荷减振方法

卫星工程中广泛采用的有效载荷支架结构可能会与卫星主体结构发生动力耦合,进而造成有效载荷响应显著放大。进一步将有效载荷支架与卫星主体结构考虑为一个整体系统(称为星架系统)。采用有限元方法建立某型卫星系统级动力学分析模型,从中提取结构参数建立集中参数模型,并针对结构参数进行单变量影响分析。结果表明:所建集中参数模型能够反映支架结构与卫星主体结构之间动力耦合规律,载荷响应对两者频率参数的敏感程度远高于其阻尼和质量参数,卫星结构设计阶段应重点考量主体结构和支架结构频率关系以优化卫星载荷的动力学环境。     

多轴越野车辆悬架部件结构优化设计

基于有限单元法、变密度方法和车辆动力学分析方法,对某型多轴越野车辆的典型部件(前悬架摆臂)主体进行了结构优化设计研究。结果表明:通过结构优化,降低了摆臂的质量,提高了摆臂的静态、动态结构刚度和强度。     

薄壁加劲结构的有限元分析和优化设计

本文用有限元素法对集中力作用下的薄壁加劲壳进行应力分析,推导了变轴力杆—受剪板模型的元素刚度矩阵,提出了横向构件和边界约束的处理方法。用满应力法对结构进行综合,在调优过程中,受压应力控制的元件采用“同步”迭代格式,并引入了必要的几何约束,优化结果,重量有明显降低。     

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser, COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。     

基于ADAMS的某手枪减后坐参数优化

枪械在射击过程中会产生较大的后坐力,影响射击精度,因此,要降低射击时的后坐力。针对该问题,使用ADAMS对某手枪进行动力学仿真,对后坐力以冲量的方式进行函数定义,对多个设计变量进行设计研究,找出对目标函数影响较大的设计变量,通过优化设计得到各参数较优组合。仿真结果表明,采用该参数设计组合,其后坐力下降了11.5%,说明该优化方法是可行的,对于降低枪械射击后坐力提供了一种理论依据。