带襟翼导轨翼肋后缘尺寸-拓扑综合优化的摄动神经网络代理模型法

带襟翼导轨的翼肋后缘设计需要确定肋缘条、腹板的尺寸和肋腹板的拓扑形状,对此提出了一种针对尺寸-拓扑综合优化的摄动神经网络(perturbation neural network, PNN)代理模型法.其基本思想是基于拓扑优化对参数的敏感性,引入了对试验设计(design of experiments, DOE)样本点的摄动,通过过滤手段捕获拓扑突变点,并降低数值噪声,极大地提高了代理模型的预测精度,将拓扑优化过程作为黑盒,直接建立起尺寸变量与拓扑优化后结构响应的代理模型.最后在代理模型上进行优化,得到了结构尺寸与拓扑形状的最优组合.该文完成了一个翼肋后缘优化典型算例,证明了该方法的有效性和优越性.

基于双向渐进结构优化法的机翼翼肋拓扑优化设计

太阳能无人机对自身结构质量的要求极为苛刻,而机翼作为太阳能无人机的重要组成部分,其质量占据了整体结构的绝大部分比重。因此,通常可对机翼结构进行优化设计,在满足结构强度的同时尽可能最大限度地降低机翼结构质量,进而提高无人机的整体性能。以某大展弦比的太阳能无人机机翼为研究对象,利用双向渐进结构优化法,以机翼整体最小应变能为目标函数、翼肋体积分数为约束,对翼肋进行拓扑优化设计,根据单元应力大小对翼肋内部材料进行合理增删,并将优化后的翼肋进行重新设计,最终机翼整体质量下降了29.7%。结果表明:应用文中方法可以得到翼肋的最佳构型,有效提高了材料利用率,并且机翼结构质量大大降低,为太阳能无人机的轻量化研究提供了一定参考。

复合材料曲面结构件成型工艺对性能影响研究

通过对无人机翼肋和隔框两种曲面结构件的研制及试验验证,研究成型工艺对复合材料曲面结构件的性能影响。为实现无人机轻量化需求,翼肋采用复合材料泡沫夹芯结构,其外轮廓为曲面,翼肋腹板有减重孔及连接孔,根据翼肋结构在复合材料泡沫夹芯面板上加工预制体,对于预制体边缘泡沫裸露区域,分别采用无封边、碳布封边、胶膜封边三种成型工艺制得翼肋。分别在气动力载荷与蒙皮张紧力载荷的作用下进行试验,并通过ABAQUS有限元分析软件平台进行位移数值分析,获得三种成型工艺的翼肋在两种载荷作用下的变形对比。结果表明,碳布与胶膜可以对复合材料曲面结构件的泡沫芯材起到保护作用,其中碳布封边的翼肋,即整体包覆式复合材料泡沫夹芯结构翼肋的强度和刚度最高。通过对机身隔框结构件的研制,进一步验证整体包覆式复合材料泡沫夹芯结构件的技术可行性。

民机中央翼桁架肋结构布置优化设计

在民用飞机中央翼的轻量化设计过程中,可以采用桁架肋代替传统的腹板肋,但目前中央翼桁架肋结构的研究缺乏定量分析,如何合理地布置桁架肋内部的连杆结构已经成为重要的工程问题。为获得最优结构效率的桁架肋构型,本文提出了十种相同直径的桁架肋连杆结构布置构型,运用HyperSizer建立优化模型,以结构质量最小为优化目标,以桁架肋连杆数量与连杆连接方式为设计变量,通过不同构型方案的内力分布和结构效率对比研究获得桁架肋的影响规律。结果表明:当桁架肋连杆数量低于九根时,桁架肋重量与壁板重量趋近于收敛,减重可达16.1%;当桁架肋与前梁腹板采用连接方案时,桁架肋可分担前梁腹板所承受的载荷,降低了前梁重量,并提高了中央翼的整体结构效率。

如意香河大桥主桥设计

北运河香河段的河道蜿蜒形态,恰似一件寓意吉祥美好的如意,串联着整座香河新城。如意香河大桥主桥设计以“如意”为设计立意,进行了极具地域特色的景观桥型设计。主桥采用三跨抱翅型拱梁组合体系,全长256 m,跨径布置为56.5 m+164.5 m+35 m。主桥外观新颖独特、富有韵律、与结构受力融合一体,去繁就简、舒展大方,标志效应显著,可为类似的景观桥项目设计提供借鉴。主要介绍了该桥的方案设计、总体布置、结构设计、景观设计、BIM应用等内容。

柔性变形机翼设计及其结构力学性能分析

为提高小型无人机飞行效率,提出一种柔性变形机翼设计方法。基于机翼弦向弯度调节原理,采用柔性肋结构设计了面向小型(10Kg)无人机(UAV)的柔性变形机翼;采用计算流体动力学方法,分析了柔性变形机翼的升力系数变化和升阻比等空气动力学特性;采用有限元结构静力学方法,分析了柔性变形机翼的柔性肋结构在气动载荷下的应力变化,在风载下所受最大应力为5.3MPa,小于柔性肋的屈服强度11.65MPa。柔性肋组件设计可承受空气载荷,验证了柔性变形机翼的有效性和结构完整性。研究结果表明:设计的柔性变形机翼可以有效改善实际飞行中的气动特性,机翼最大升阻比可从60提高到110,在提升小型变体无人机飞行效率方面具有应用前景。

自适应机翼柔性翼肋的受控运动学规律研究

柔性自适应机翼技术采用了一种全新的材料/结构/功能一体化的设计思想,它是将传感单元、驱动单元、控制单元与机翼结构有机地结合,赋予机翼形状自适应等功能,从而改善飞机的飞行性能。本文根据DLR可变后缘自适应机翼概念,设计制造了这种自适应机翼的基本构件——柔性翼肋,分析了模型设计的关键参数,推导出了单输入驱动下柔性翼肋变形的运动学规律,并通过软件仿真和模型实验验证了柔性翼肋受控运动规律的正确性。

一种求解翼面类斜截面外形的简便方法

从飞机翼面外形设计的角度，利用顺气流截面弦长与任意斜截面弦长的相互关系，导出了一种求解翼面类斜截面外形的简便方法。本方法的优点是，可以方便地给出翼面类任意斜截面外形的相对坐标值。只要算出任意斜截面的弦长，就可以很快地得到对应外形的坐标值，而无需求解复杂的曲面方程。与传统的方法相比较，减少了计算量。这对于求解着于非顺气流方向的翼肋外形来说，尤其显得方便。文中以某型飞机机翼为例，分别用传统方法和简便方法进行计算，得到完全一致的结果。

某型飞机加强翼肋组件裂纹失效分析

通过化学成分分析、金相组织检测、硬度检测、断口形貌分析以及工况分析,对某型飞机加强翼肋组件裂纹的失效原因进行分析。结果表明,加强翼肋组件制造质量正常无缺陷,由于其结构设计不当,导致在冲击载荷作用下工作应力过大而发生低周疲劳断裂。

稻草皮层的SEM-EDXA研究(Ⅱ)

用SEM-EDXA法研究稻草叶鞘叶片的超微结构孜Si等矿质元素的分布。结果表明，叶鞘外表面皮层由颗粒物区和非颗粒物区交替排列而成；叶鞘外表面皮层主要含C、O、Si、Cl、K等元素，Si含量为为57％，非颗粒区的Si含量为25．46％，明显高于颗粒区的含Si量。叶鞘内表面层的Si含量仅为0．58％。叶片有发达的叶脉系统；中脉中存在巨大的空腔；中脉的外周交替分布着中型和小型维管束；中脉内部细胞的结点上也存在着维管束。叶片上、下表面皮层的超微结构形态相似。均由气孔区和非气扎区交替排列而成；每个气孔的左右两侧均有3，4个颗粒物加强着；气孔区对应的皮下组织为叶肉组织；非气孔区对应的皮下组织为叶脉组织。，叶片下表面皮层由O、Si、Cl、K和Ca等兀素组成，Si含量较高，为22．87％；叶片上表面皮层由C、O、Si、Cl、K等元素组成，Si含量低，仅11．75％。叶片表面及表面上各种器官均布满翅形结构物，具有明显的特点。

密炼机新型微肋转子的设计及其混炼流场模拟分析

设计新型微肋转子的三维物理模型,利用ProE/Polyflow软件对微肋转子混炼流场进行有限元模拟和分析。结果表明,两对微肋结构增大了胶料的压力梯度、速度梯度、粘度梯度和混合指数(在0. 5~0. 6区间内),胶料受到的剪切作用增强,且产生一定的拉伸作用,有助于胶料的混合和分散。

基于柔性翼肋的变形机翼几何参数设计

为了实现柔性翼肋在机翼结构中的应用,试验分析了柔性翼肋结构的变形效能。推断分析了机翼几何参数(翼面积、展弦比、尖稍比、后掠角)对机翼升阻特性的影响,结合柔性翼肋在机翼中的应用,优化了机翼参数和相应的后缘柔性变形量。实验证明柔性机翼结构的可行性,性能评估证明柔性机翼具有一定的优势。

翼片式空气流量传感器翼片形状的研究

针对目前翼片式空气流量传感器在工作过程中存在压力损失较大的缺点,通过对汽车进气管道内气流状况的分析,明确造成压力损失较大的主要原因是翼片面积过大。将翼片面积缩小为原定面积的20%后,分别对等翼片面积时圆形翼片、扇形翼片、弓形翼片、部分圆环翼片等4种不同形状下的对应转动力矩进行了计算。对比得出采用弓形翼片在相同压力损失下可获得最大转动力矩,此力矩能够满足怠速时流量的测量,为新型翼片式空气流量传感器翼片的设计提供了重要的依据。

矩形翅片的传热分析与数值模拟

对椭圆芯管矩形翅片和大功率晶闸管用热管散热器偏心圆芯管矩形翅片的传热进行了分析和数值模拟,获得了相应的肋效率曲线,并与已有的近似解作了比较。初步考查了偏心度、材料变物性和翅基温度的不均匀性对偏心圆芯管矩形翅片传热的影响。

民用飞机中央翼复合材料上壁板与1#肋对接选型研究

机翼对接设计是飞机结构设计中的一个重要环节,其设计的好坏关系到飞机的飞行性能和使用安全性能。基于国外先进民用客机外翼与中央翼的对接结构形式,设计了三种复合材料机翼上壁板与1#肋的对接形式,并对其连接强度和失效模式进行了研究。利用商业有限元软件ABAQUS研究压缩载荷下对接构件的承载能力,根据计算结果针对长桁端头做数值模拟,研究其失效机理;最后,比较分析了三种构件的最终失效模式,为复合材料关键连接区的细节设计提供一种有效的方法。

大尺寸飞机翼肋点阵刚性增强装配技术研究

为了提高大尺寸飞机翼肋装配位置准确度、减小装配变形并最终满足机翼翼盒装配过程中翼肋间距偏差要求,在深入分析大尺寸翼肋装配定位要求和位置不确定性的基础上,提出了一种点阵刚性增强装配技术,结合变形分析设计了一套全新的点阵刚性增强工装,实现了大尺寸翼肋保型定位和定位器多自由度调整、减小了翼肋变形、保证了翼肋间距,对于大尺寸飞机翼肋的实际装配有一定的指导价值。

某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构选型疲劳寿命研究

目的研究某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构的选型疲劳寿命。方法在结构选型设计时初步确定长桁连续和长桁断开两种结构形式的基础上,采用静力试验与疲劳试验方法对这两种结构模拟件进行对比试验验证。结果两种结构模拟件的静破坏载荷分别为588.20 k N和587.97 k N,与设计预计破坏载荷(590k N)高度一致。在相同的等幅载荷谱下,长桁连续结构的中值疲劳寿命和95%置信度与95%可靠度下的疲劳寿命分别约为长桁断开结构的1.7倍和4倍。长桁连续结构的疲劳分散性明显小于长桁断开结构。长桁连续结构的疲劳断口主要呈现脆性穿晶疲劳断裂特征;而长桁断开疲劳断口则呈现出韧窝型断裂和解理断裂的混合型穿晶疲劳断裂特征。疲劳断口微观形貌表明,长桁断开结构在疲劳过程中产生了塑性变形,这就从微观机理上解释了长桁连续结构的疲劳性能优于长桁断开结构的原因。结论在结构质量相近的情况下,长桁连续结构明显优于长桁断开结构。

基于应力约束的翼肋拓扑优化和软件二次开发

翼肋主要作用是维持机翼外形,对于机翼的总弯曲刚度贡献较小,但是翼肋的重量却在翼盒的结构重量中占有相当大的比例(一般为8%～12%),因此有必要通过一定的结构优化方法减轻翼肋的结构重量。在MSC.PATRAN平台上二次开发了应力约束全局化的拓扑优化方法,并首次将该方法应用于翼肋的拓扑优化;采用了一套工程估算方法,可用于翼肋的初步设计和快速重量估算。结果表明:在满足稳定性要求的情况下,经过拓扑优化的翼肋结构减重效果明显。

民用飞机机翼下壁板连接强度试验方案研究

机翼的连接是飞机结构设计中最重要的环节之一,在理论分析的基础上,往往需要通过试验验证其强度性能。在机翼下壁板的连接试验中,试验件的设计往往忽略了翼根肋腹板的支持和上反角的影响。通过有限元软件,建立三个模型,就翼根肋腹板及上反角对下壁板连接的影响进行对比分析。结果表明,若试验件忽略翼根肋腹板和上反角,其变形、应力分布和紧固件载荷分配均与实际不相符。建议机翼下壁板的连接试验件考虑实际构型,设计合理的夹具进行加载试验。

加强形式对翼型结构流致振动的影响

作为水下航行器广泛应用的一种结构,翼型极易发生流动分离现象,进而诱发流致振动问题。本文基于统计能量法开展了加强形式对翼型结构流致振动的影响研究,通过建立NACA0012翼型SEA分析模型,探究中高频段翼梁、翼肋间距等对结构流致振动的影响。研究表明,采用翼梁和翼肋结构均可有效地降低翼型结构流致振动响应,在中高频段下,随翼梁和翼肋布置间距的增加,蒙皮子系统的平均振动速度级均有小幅的下降,但翼梁结构减振效果要略优于翼肋,且两者组合减振效果更为明显。