飞机机身壁板复合材料成型模具的刚度优化设计分析

复合材料在飞机上的应用比较广泛,随着飞机制造技术的不断发展,对于复合材料结构的制造精度也开始提出了更高的要求,模具是复合材料成型的重要工具,其刚度对于飞机机身壁板复合材料成型具有一定价值与意义。本文通过对相关文献进行查阅,以固定在卧式铺丝机两端进行铺丝作业的机身壁板模具为研究对象,对其刚度进行优化设计,其具体思路为,对型面厚度、赋型筋板厚度、隔框数量这几个影响因素进行分析与优化,最终取得了一定成果,即在提升刚度的基础上保证了模具的轻量化。希望本文的研究内容能够为飞机机身结构优化设计提供一定理论支持。

水平变刚度优化设计对桩筏基础动阻抗的影响

为研究水平变刚度优化设计对桩筏基础动刚度的影响,针对成层地基上的大型桩筏基础,采用直接法计算桩筏基础模型在水平、竖直和回转三个方向上的动阻抗函数。对比分析了不同地震动水平下,变桩径和变桩距对桩筏基础动阻抗函数的影响。结果表明,水平变刚度优化设计和地震动水平对所研究桩筏基础动阻抗函数的影响随输入频率的变化而变化。当输入频率较小时,水平变刚度优化设计对桩筏基础三个方向动刚度的影响均不明显,当输入频率较大时,桩筏基础水平方向动刚度会减小,但竖向和回转方向的动刚度不受影响;地震动水平的增加会减小土体的等效剪切模量、增加土体的等效阻尼比,进而减小桩筏基础动阻抗函数曲线的振荡幅值。建议对桩筏基础进行不同输入荷载频率的研究,以确保优化设计的可靠性。

基于机器学习的变刚度纤维增强复合材料最小化结构柔顺性优化设计

纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

均化接触应力的双线性材料刚度优化设计

装配连接界面是承载和保障机械装备实现既定功能的载体,其连接界面接触应力分布均匀性是影响机械装备磨损、疲劳、裂纹的关键因素,对机械装备高性能服役具有“锚定”作用。为改善连接界面接触应力分布均匀性,开展了材料刚度优化设计研究。首先,以接触应力方差为目标函数,以弹性模量为设计变量,基于渐进优化原理,构建了一种材料刚度优化设计方法。然后,分别针对有无摩擦工况下两个典型接触问题开展了材料刚度优化设计。结果表明,材料刚度优化可大幅降低接触应力方差,验证了本方法在提升连接界面接触应力分布均匀性上的有效性。进一步研究不同问题、不同摩擦因数取值下摩擦行为对优化结果的影响,发现摩擦行为的影响程度大小与问题边界、约束等情况密切相关。

不完全概率信息的梁结构刚度可靠性优化设计

在刚度可靠性设计理论和优化设计方法的基础上,讨论了不完全概率信息条件下梁结构刚度可靠性优化设计问题,建立了刚度可靠性优化设计方法的数学模型,提出了刚度可靠性优化设计的计算方法。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现不完全概率信息条件下梁结构刚度可靠性优化设计,迅速准确地得到不完全概率信息条件下梁结构刚度可靠性优化设计信息。

复杂环境中大规模桩筏基础的优化设计方法研究

变刚度优化设计对于复杂环境中的大规模桩筏基础始终是一个重要难题。基于有限元分析提出一种两阶段优化设计方法,该方法首先根据传统均匀布桩方案的桩顶应力分布对群桩进行分区,然后依据每个子区域桩顶应力之间的关系确定基桩数量调整系数,最后通过调整桩间距来改变各子区域的基桩数量,从而实现变刚度优化设计。运用该方法对多层土体中承担非均匀上部结构荷载的大规模桩筏基础进行变刚度优化设计,计算结果表明优化设计后筏板的差异沉降、平均整体弯矩和群桩顶部的差异应力均显著降低。该方法计算简单,应用范围广,且不受复杂土层条件、非均匀上部结构荷载以及桩基础规模大小形状的限制。

高层建筑钢结构基于风振响应和动力特性的优化设计

高层建筑的风致响应和等效静力荷载虽然可以通过风洞试验和动力分析有效的加以确定,在结构设计的整个过程中这些等效风力却往往被当作常数来应用。本文提出了一个结合气动风力分析和结构刚度优化的自动化技术。在结构设计中利用这个技术,可以在优化结构刚度和最小化结构造价的同时,实时检查和更新作用在建筑结构上的等效风荷载。一个几何尺度与航空研究共同顾问理事会(CAARC)建议的建筑模型一致的钢框架结构被用来进行风力分析和结构优化的例子。结果表明这个技术不但能在满足位移设计要求的情况下优化结构刚度降低造价,而且也降低了作用在结构上的等效风力。

Aeroelastic optimization on composite skins of large aircraft wings

This paper presents studies of aeroelastic optimization on composite skins of large aircraft wings subject to aeroelastic constraints and strength/strain constraints. The design variable for optimization was the ply thickness of the wing skin panels, and the structural weight was the objective function to be minimised. The impacts of three strength/strain constraints and the ply proportion of the wing skin panels on the optimization results are discussed. The results indicate that the optimal composite wings that satisfy different constraints have remarkable weight advantages over metal wing. High levels of stiffness can be achieved while satisfying the constraints regarding allowable design strains and failure criteria. The optimization results with variable-proportions indicate that wing skins with higher proportions of 0° plies from the root to the middle segment and ±45° plies outboard have a more efficient and reasonable stiffness distribution.