多开孔耐压柱壳多目标稳健性优化

为提高多开孔耐压柱壳设计效率,进行了设计变量的灵敏度分析和降维处理.利用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,对样本点进行了计算、分析及拟合,得到了精度满足工程需要的近似模型.建立了多开孔耐压柱壳确定性多目标及多目标稳健性优化模型,分别进行了确定性多目标优化、3σ稳健性优化和6σ稳健性优化的求解,采用最小距离法确定了相应的优化方案.结果表明:6σ优化与3σ对比,在质量增加的同时,极限载荷有所增加;3σ优化与确定性多目标优化对比,质量和极限载荷增加幅度较大,说明必须增加设计参数值以适应结构稳健性要求的提高,从而导致质量增加,6σ优化所有约束函数和目标函数的质量水平都有了提高,多数设计变量的质量水平提高到了6σ以上.可见6σ的稳健性优化可大幅提高多开孔耐压柱壳的稳健性.     

载人潜水器多开孔耐压柱壳多目标优化

为提高载人潜水器多开孔耐压柱壳结构性能,利用Abaqus软件对初始方案进行分析,设计多开孔耐压柱壳参数化分析流程,采用最优拉丁超立方方法在设计空间进行样本的选择及分析,对设计变量对于响应的影响程度进行分析,建立具有较高拟合精度的四阶响应面多开孔耐压柱壳近似模型.以耐压柱壳质量和极限强度为目标函数,基于构建的近似模型建立多开孔耐压柱壳多目标优化模型,利用第二代非支配排序遗传算法进行求解.结果表明,Pareto解集中的解在部分指标上得到优化,但优化的方面和程度不尽相同,为多开孔耐压柱壳优化方案的选择提供了依据.     

水下爆炸载荷下充水多壳体结构动态响应计算方法

海军潜艇结构中,采用多壳体结构是一种新的结构设计形式.多壳体结构由轻外壳和多个耐压壳结构组成.当其遭受水下爆炸冲击时,由于舷间流体和多耐压壳结构的存在,使得冲击载荷的传播机理更加复杂,至今尚未建立合理可行的工程化方法进行描述.针对该复杂传播过程,在2阶双重渐进近似方法（DAA2）基础上,对内流场采用空化声学元（CAFE）,推导出其流固耦合控制方程,然后采用经典充水3维球壳问题进行验证,精度良好.最后,开展多壳体结构舱段动响应试验验证,分别从速度、加速度和冲击环境进行计算和试验数据比对,研究结果表明精度良好,验证了计算方法的正确性.      

回转型水下航行器艇体数学建模方法和最小阻力研究

一直以来在水下航行器的艇体外形设计上都采用传统船舶设计方法,尝试采用数学建模方式描述水下航行器的型值,通过计算型值及推导相关参数的计算公式,并根据水下航行器已知设计参数得出不同数值情况下的型值函数,最终通过数学计算方法与图谱查找方式得出最优航行器艇体型状.     

基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。     

基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计

在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.     

基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化

传统优化方法凭借对轿车外流场的分析经验来控制尾翼优化变量并等间隔枚举,通过比较得出最优方案,工作量大且可能遗漏关键样本点.本文以尾翼的翼型及相对车身的位置参数(尾翼攻角、垂向位置和纵向位置)为设计变量,基于DOE试验设计方法确定样本设计变量组合,利用数值模拟方法计算出所确定样本点轿车的气动升力和阻力.通过方差分析以及响应曲面法以使轿车获得最大下压力与阻力比值为优化目标,得到各设计变量的影响因数和最优水平.结果表明:基于试验设计的优化过程更加高效地优化了轿车尾翼的空气动力学性能,具有实际工程应用价值.     

冲击载荷作用下超空泡水下航行体的结构响应

基于超空泡体运动特点,采用理论分析方法近似确定了作用在超空泡水下航行体上的冲击载荷及其在航行体尾部的分布,并用有限元法研究了冲击载荷作用下超空泡水下航行体的结构响应.数值计算结果表明:冲击载倚作用方向引起的响应非常大.达到了300 m/s<'2>的量级,并且引起了另外2个方向的响应.在超空泡体运动方向,其轴向频率为23 Hz,27 Hz,46 Hz,63 Hz和72 Hz时响应幅值最大,对结构的影响最明显.超空泡体垂向振动频率为24 Hz以内时引起的响应最为显著,且随着频率的升高响应幅值有减小的趋势.得到的结果对超空泡体结构设计具有指导意义.     

基于组合算法的碟形水下滑翔机结构稳健优化

为提高圆碟形水下滑翔机耐压结构优化设计方案的可靠性,引入稳健性设计方法进行优化设计.首先,采用拉丁超立方方法进行试验设计,建立了预测圆碟形耐压结构性能的径向基神经网络模型;采用存档微遗传算法(AMGA)和Hooke-jeeves组合优化算法,给出了耐压壳体结构多目标优化方案;然后,应用蒙特卡罗描述性抽样方法对确定性优化结果进行了可靠性分析;在此基础上,考虑工业制造过程中不确定性因素,进行耐压结构稳健性优化求解.优化结果表明:结构质量减少了20.03%,轻量化效果明显;各设计变量和优化目标的可靠度均达到100%,优化结果具有较好的稳健性.     

双气腔油气式缓冲器缓冲性能优化分析

通过对双气腔油气式缓冲器结构参数的合理设计,可以大大提高缓冲器的缓冲性能.针对某型双气腔油气式缓冲器起落架,首先建立其数学模型,利用动力学仿真软件ADAMS中的Aircraft分析模块对缓冲器性能进行仿真分析,得到一系列试验样本点;基于非线性响应面法,利用所抽取样本点,建立了设计变量和优化目标间的数学关系;以缓冲器缓冲效率为优化目标,支柱最大垂直载荷和最大行程为约束条件,对设计变量进行优化;对优化后结构参数进行模拟仿真分析,结果表明优化后结果与仿真结果偏离误差在1.2%以内,拟合函数可信度较高;优化后缓冲器效率较优化前增大4.6%,优化方法切实有效.在对缓冲器仿真分析的基础上,为起落架缓冲器的设计和改进提供一种优化方法,有一定的实用价值.     

动态轴向载荷对超空泡航行体振动特性的影响

根据超空泡航行体水下运动特点,理论分析了作用在航行体上的动态轴向载荷,并采用有限单元法对超空泡航行体自由振动特性和动态轴向载荷作用下的动响应特性进行了数值仿真研究.数值计算结果表明:超空泡航行体轴向分布的径向振动模态具有颈缩特点,其振型呈现喇叭状,首阶径向振动模态固有频率为238.13 Hz;动态轴向载荷作用下超空泡航行体壳中各部分的振动特性不完全相同,特别是锥壳首部,其应变幅值逐步累积直至达到一个稳定的水平;在超空泡航行体上工作的设备需要避开一定的工作频率才能稳定工作.     

多个密封观察窗口耐压壳体有限元分析与结构优化设计

针对潜器光电观察设备耐压壳体结构,在保证耐压壳体外部尺寸不变和内部体积充分利用的前提下,以减小最大应力和变形量为目标,用ANSYS软件进行静态有限元计算.实现了对多个密封窗口耐压壳体结构优化,优化结果表明通过该设计方法得到的多个密封观察窗口耐压壳体结构布局合理,能够满足设计要求.     

载人运载器搭载对接装置缓冲性能优化

针对小型载人运载器水下对接、搭载和投送的任务需求,设计了背驮式小型运载器搭载对接装置.选取对接过程总冲量为目标变量,基于响应面方法和Central Composite Design(中心组合设计)试验设计方法,分别建立了多种对接情况下目标变量碰撞冲量关于初始对接参数的数学模型.利用Adams软件建立虚拟样机并获得试验数据,求解各模型对接冲量最大的情况和对应的对接参数.基于Abaqus有限元软件,引入缓冲杆参数作为设计变量,根据确定的对接参数建立目标函数关于缓冲杆参数的数学模型,最终得到最优的缓冲杆参数,降低了对接过程中运载器对母平台的冲击.     

基于结构水下冲击响应识别结构模态参数

在冲击载荷作用下,基于水下结构的动力学方程,结合Hilbert-Huang变换(HHT)推导出冲击作用下结构响应与模态参数的关系,并识别了水下结构的频率和模态阻尼比.HHT方法适合处理冲击等非平稳响应,设计的带通滤波器能自动选取截止频率,可以准确地得到各阶模态响应.且只需要结构适当一点的冲击响应,就可得到结构的固有频率和模态阻尼比.最后,以一水下矩形钢板为例,经数值计算在典型的爆炸冲击载荷作用下结构的振动响应,通过本方法得到了结构的固有频率和模态阻尼比,再以水下圆柱壳结构为例,同样得到了结构的固有频率和模态阻尼比,验证了本方法在冲击作用下识别水下结构模态参数的可行性.     

矩形平面单层球面网壳的静力稳定性

针对底面为矩形的球面网壳结构,分析了常见三种网格形式的非线性稳定性能,选出其中性能较合理的一种网格形式,通过大规模参数化分析,较为系统地研究了矩形平面单层三向球面网壳结构的稳定性能,并给出了其极限承载力拟合公式.研究结果表明:常见网格形式中三向网格矩形底面球面网壳的稳定性能最优;极限载荷与结构等代刚度呈线性关系;初始几何缺陷对网壳极限载荷影响非常明显,当初始缺陷值取L/300时,极限载荷降低率在53.5%~65.8%之间;结构对载荷不对称分布并不敏感;立体桁架能够显著提高结构的极限承载能力.     

高空远程滑翔无人水下航行器气动参数估算

为了研究高空远程滑翔无人水下航行器（UUV）气动参数特性,根据飞机气动参数估算的方法,通过类比方式在小迎角、小侧滑角和尾翼偏转不大的情况下对高空远程滑翔UUV的纵向、横向气动参数和操纵导数进行计算.结合风洞试验结果进行对比分析,结果证明：计算和试验结果显示了良好的一致性,通过2种方式获得的气动特性均满足航行器的低阻特性和静稳定性要求,说明借鉴飞机参数的估算方法是可行的,为进一步对航行器的弹道设计、载荷计算、控制参数的选择和完善设计提供有力依据.
     

目标可靠度约束下的潜艇耐压圆柱壳优化设计

以结构目标可靠度为约束条件对潜艇耐压圆柱壳进行了优化设计研究．根据潜艇耐压圆柱壳结构的特点确定设计变量和相应的结构失效模式,并确立结构优化时的优化目标及有关约束条件,其中,可靠性约束是考虑潜艇耐压圆柱壳强度和稳定性失效的系统可靠性．推导了相应的计算公式,编制了可用于工程实际的计算机程序,并以一具体实例进行了优化设计分析,为潜艇结构的可靠性设计提供一定的理论基础．     

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

基于UG NX5.0轴结构设计、分析及优化

以UG软件为基础,论述了减速器输出轴的设计过程,在初步设计后利用UG软件建立参数化的三维模型,在UG软件的CAE模块中建立有限元分析模型,选取设计变量和约束条件,校核其强度、刚度,在满足受力情况下进行优化设计、确定最优尺寸。不仅保证结构的可靠性,也有利于降低自重。     

几何形状变化对于结构承载能力的影响

本文根据Ｏｎａｔ等关于考虑几何形状变化对于结构承载能力影响的概念［１０］,用钱令希教授关于计算壳体极限承载能力的方法［１］分析了杆体结构,圆板轴对称变形,圆柱壳受环状集中力及均布法向载荷,圆锥壳受顶部集中力及内外均布压力等共１２个例题。每种情况都讨论和比较了载荷作用方式（载荷沿正向及反向作用）,壳体几何参数（长筒壳和短筒壳,尖锥壳和扁锥壳,较厚壳和较薄壳）对于几何形状变化效应的影响。其中简支圆板和圆锥壳的分析与我们的实验结果符合较好。