基于卡箍位置灵敏度分析的空间管路系统避振优化

在航空发动机管路的设计阶段,需要尽量避开航空发动机转子的激振频率以提高管路系统的工作可靠性。以两端通过管接头固定的多卡箍支撑空间管路系统为对象,研究了按有限元理论对其进行动力学建模,进而实施基于卡箍位置灵敏度分析的空间管路系统避振优化的方法。首先,提出了基于“以直代曲”和“坐标转换”的面向任意形状空间管体的有限元建模方法,在此基础上用两个弹簧对模拟卡箍的支撑,以及分别采用“变截面梁”和“弹簧单元”模拟管接头的结构及弹性约束,通过对整体坐标系下各单元进行组集创建了管路系统的有限元模型。然后,通过切比雪夫多项式进行卡箍位置全局及局部灵敏度分析,在此基础上提出了局部灵敏度-卡箍布局寻优方法。最后,以两端带有管接头的3卡箍支撑的空间管路为实例,通过试验校验了空间管路有限元建模方法的合理性。进一步通过全局灵敏度分析减小了设计变量的个数,通过局部灵敏度-卡箍布局寻优方法得到了使管路系统基频最大的卡箍布局。相较于初始状态优化后获得的基频提高了50.54%,且和遗传算法相比,所描述的方法在求解效率上提升了86.87倍。

飞机管路系统卡箍位置的可靠性优化设计

基于疲劳累积损伤的破坏准则,针对飞机管路系统采用了ansys软件中的蒙特卡罗(Monte Carlo)的可靠性分析方法,进行了随机振动激励下管路系统的可靠性优化分析,得到了不同位置卡箍参数对系统动力学特性的灵敏度,提出了满足系统可靠度的可靠性优化设计方案,最终使管路系统的安全可靠性得到了保障,为系统的安全性指导和设计提供了理论依据。

一种管道卡箍位置自动优化方法

管道卡箍的作用是提供管路刚性以减小管道的变形,因此管道施加卡箍的目的是最大限度地提高管道基频。基于仿真计算研究卡箍位置对管道基频的影响规律,提出一种基于管路模态位移的卡箍位置自动优化方法。首先对某任意空间管道进行卡箍位置对提高管道基频的灵敏度分析,研究卡箍位置对管道基频的影响规律,发现卡箍施加在模态位移最大处,管道基频将得到最大程度地提高;在此基础上,提出一种基于模态位移的卡箍位置自动优化方法,该方法以需要达到的基频为目标,将卡箍逐个施加到基频模态位移最大处,不仅能得到所需要施加的卡箍数量和位置,还能得到卡箍的施加顺序。最后,利用GJB3054-1997标准中规定的Z形和U形管道卡箍位置标准进行了方法验证,结果表明:通过该方法仿真得出的卡箍最优位置与GJB规范提出的卡箍位置完全一致,充分验证了该方法对于卡箍位置优化的准确性与有效性。

发动机管路卡箍位置动力灵敏度分析与优化设计

发动机的管路卡箍布置具有随意性和经验性的问题,把卡箍的支撑当作末端固定的平移约束单元,随机变亮是定义对任意两个卡箍间的管道长度。采用有限元法结合离散抽样的方法,对结构参数和复杂管路系统基频和随机振动的灵敏度进行分析,结果发现卡箍的间距变化更加大了。本文对卡箍数量及刚度对管路系统的动力学特性的影响规律进行了探究,使基频和外界的激振频率的数值最大化。

发动机管路卡箍位置动力灵敏度分析与优化设计

针对发动机管路卡箍布置过程中存在的经验性和随意性的问题,将卡箍支撑视为末端固定的平移约束弹簧单元,定义任意两个卡箍之间的管道长度为随机变量.采用有限元法结合离散抽样分析了结构参数对复杂管路系统基频和随机振动的灵敏度,结果表明某些卡箍间距的变动比其他参数的影响更为明显.讨论了卡箍数量和刚度对管路系统的动力学特性的影响规律,并分别以基频与外界激振频率的差值最大化,以及随机振动均方差响应最小化为目标,利用罚函数法对复杂管路系统的关键卡箍位置进行了优化设计.

L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。

基于EEMD_IWOA_LSSVM的管路与卡箍布局优化方法

为了解决航空发动机管路与卡箍智能布局优化问题,该文提出一种基于改进的鲸鱼算法进行计算求解。在该方法中考虑到鲸鱼算法易于陷入局部最优,对鲸鱼算法引入自适应权重调整策略、自适应搜索策略和随机差分变异进行改进。在卡箍布置方面,通过调整卡箍的位置来改善固有频率实现避过共振,为提高管路固有频率的分析效率以支持优化迭代,建立反应管路路径与振动性能关系的EEMD_IWOA_LSSVM代理模型。在优化计算过程中运用所建立的代理模型代替传统反复使用耗时的有限元分析程序,提高了整体优化效率。同时在管路布局优化设计过程中同时考虑优化固有频率,实现几何布局和避过共振同时优化,通过仿真试验验证了所提方法的可行性。

基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ的航空发动机管路卡箍布局优化

针对传统卡箍布局规划存在效率低且难以解决多目标优化问题等难点,提出一种基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法的航空发动机管路卡箍多目标布局优化方法。提出并建立反映卡箍位置与管路振动性能关系的Kriging代理模型,同时结合拉丁超立方实验设计方法以及粒子群优化技术提高建模精度。以管路一阶固有频率和二阶固有频率为优化目标,应用NSGA-Ⅱ对管路卡箍位置进行布局规划以避免共振。在优化计算过程中,应用所建近似模型代替CAE分析程序对适应值函数进行评价,大大减小了计算量。发动机管路卡箍布局算例表明:所提方法可一次性获得多个满足要求的非支配解方案,不仅提升了管路系统的可靠性,而且计算效率亦得到了很大提高。最后仿真结果证明了所提方法的有效性。