砂岩强度的动态尺寸效应机理研究

试验研究发现岩石强度的动态尺寸效应与静态尺寸效应相反,但岩石动态尺寸效应的内在微细观动力机理还没有澄清。本文以砂岩为例,基于岩石的翼状裂纹模型,联合求解裂纹的加载方程和运动方程,研究了在动载作用下试件尺寸对岩石强度的影响机理,即岩石强度的动态尺寸效应。结果表明:在相同动力加载率条件下,试件尺寸越大,裂纹连接所需要的时间越长;试件破坏时的施加的应力(也即动态强度)越大,试件的动态尺寸效应越显著,岩石动态强度近似以幂律关系增长;对于一定的试件尺寸范围,根据数值分析,得到岩石的临界应变率范围,在该临界应变率以下,静态的尺寸效应占主导地位,在该临界应变率以上,动态尺寸效应占主导地位,且临界应变率随试件尺寸增加而降低;试件临界尺寸随着应变率增加而降低。

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.

飞翼布局飞行器结构拓扑优化设计

飞翼布局飞行器由于具有气动效率高的优势,将成为未来航空飞行器发展的主流方向,然而结构质量限制了其性能的进一步提升,结构优化是实现结构减重的重要技术。以飞翼布局飞行器内部结构为研究对象,建立拓扑优化模型,以柔顺度作为目标函数,探究飞翼布局飞行器全机内部结构的最优布置方式,分析弯曲梁构件在飞翼布局飞行器结构优化中的作用和减重机制,根据拓扑优化结果建立重构模型,同时依据Boeing第二代结构设计建立标准模型,使用尺寸优化评估重构模型相较于标准模型的减重效果。结果表明:在等柔顺度时,重构模型相比标准模型质量减少14.53%;在等质量时,重构模型相比标准模型全机柔顺度降低47.90%,并减少了44.87%的z向最大位移,拓扑优化减重和增加刚度效果显著,验证了弯曲梁构件的减重作用。研究结果可为飞翼布局飞行器结构减重优化奠定基础,建立的优化评估机制可为飞翼布局飞行器的内部结构设计提供参考。

网袖长度对底层大网目拖网性能的影响

为掌握拖网网袖对大网目底拖网网具性能的影响,本研究针对东海区典型的大网目底拖网（72目×18 m）,设计试验6种纵向拉直长度不同的网袖,分析比较了不同袖长比Lw/L（Lw–网袖纵向拉直长度,L–网具纵向拉直长度）对网具阻力、网口高度和水动力性能的影响。结果表明,（1）随着Lw/L的增大,网具阻力增加,但增加到36.45%之后,阻力几乎不再变化;（2）Lw/L对阻力的影响与拖速有关,速度越大,阻力随Lw/L的变化越大;（3）网口高度随Lw/L的增大而提高,在Lw/L为36.45%~38.69%时达到最佳,随后降低;（4）Lw/L对网口高度的影响与拖速有一定关系,低速下网口高度变化小,高速下网口高度随Lw/L有明显的变化;（5）Lw/L在大于36.45%之后水动力性能相对较高,增大Lw/L,水动力性能会有小幅度降低,反之会有较大幅度的下降;（6）此规格拖网网袖长度不宜过短,Lw/L以36.45%为宜,根据作业条件,在设计网具时可适当增加网袖长度。试验结果可对大网目底拖网网袖部位的设计和改进提供技术参考。

翼盒尺寸优化中的刚度约束法

翼盒为机翼主要承力部件,优化潜力较大,是机翼结构优化设计的重点对象。在翼盒结构尺寸优化设计阶段,考虑到计算效率和技术成熟度等因素,往往只重点考虑静强度和总体变形约束。优化结果存在不满足颤振和局部刚度要求的风险。基于刚度指标,通过HyperWorks脚本二次开发,建立了关联结构参数的机翼剖面刚度响应。实现了机翼结构尺寸优化设计中各站位处的刚度约束,为如何在机翼结构优化设计中考虑颤振刚度约束提供了新的方法。

大展弦比飞翼结构形状、尺寸综合优化设计

为了降低无人机机翼的结构重量,对某型大展弦比复合材料飞翼结构进行了形状与尺寸综合优化设计。在形状优化层次重点考虑主承力元件翼梁的位置,尺寸优化主要考虑各元件的几何尺寸。采用NASTRAN进行尺寸优化,并将优化结果作为复合形法进行形状优化迭代的根据。最后对整个结构的优化结果进行了详细有效的分析,可以看出,优化结果符合结构受力特点,减重效果明显。

利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计

在虚拟试验构建的精细有限元模型基础上,开展了大型机翼尺寸优化设计技术的研究。通过对不同工况模型中的载荷进行转换,构建了统一的优化模型;采用翼梁、翼肋的站位,将机翼主翼盒自动划分为不同的设计区域,并根据每个设计区域特点定义了优化变量和设计约束。利用满应力优化算法对机翼进行了尺寸优化设计,达到13.3%的减重效果。算例表明,利用精细有限元模型进行尺寸优化的方案是可行的,由此产生的优化模型构建问题可通过相关模型处理技术得以解决。

飞翼式飞行器结构布局与构件尺寸的两级优化

为优化飞翼式飞行器的结构,提出同时考虑结构布局优化和构件尺寸优化的两级优化方法.第1级优化将翼梁数量范围和位置范围作为约束,以重量最轻为优化目标,采用iSIGHT的多岛遗传算法优化结构布局;第2级优化给予第1级给定的结构布局方案,在满足应力约束和位移约束的前提下,确定各构件最佳尺寸,使该结构布局方案的结构重量最轻.在第2级优化中,根据CAD外形模型和固定的结构布局参数,采用MSC Patran的PCL语言自动生成飞机的结构有限元模型,采用MSC Nastran优化全机结构,并将优化结果返回给第1级.再通过两级之间的迭代获得结构布局和构件尺寸的最优设计方案.整个两级优化过程用iSIGHT集成.实例表明该方法为飞翼式飞行器结构布局和构件尺寸协同优化问题提供1种有效的解决办法.

某电磁弹射无人机复合材料机翼结构优化设计与分析

无人机已经成为航空领域重要成员之一。在无人机初步设计阶段,为减轻其结构重量,采用复合材料设计。复合材料在比强度和比刚度以及抗振和加工制造等方面优于其他传统材料,在无人机结构中得到了广泛的应用。由于复合材料层合板在生产加工过程中具有可设计性,在复合材料中已经成为使用最多的一种结构形式。以某型号电磁弹射无人机机翼为研究对象,建立了复合材料机翼结构的有限元模型,将机翼的结构重量作为优化目标,以机翼翼尖挠度和复合材料失效因子为约束条件,应用工程优化软件对复合材料翼面结构进行自由尺寸优化,整个优化过程需同时满足机翼强度及刚度要求。最终自由尺寸优化结果表明,复合材料的铺层比例和厚度分布在优化后得到了重新设计,比较之前的结构方案,优化后的铺层设计能够有效降低机翼结构质量,实现减重的优化目标。

多控制面尺寸对前掠翼静气弹响应影响分析

针对多控制面尺寸对弹性前掠翼静气弹响应的影响,基于计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)松耦合静气动弹性数值计算方法,计算和分析了亚声速条件下前、后缘控制面弦向和展向尺寸对前掠翼模型气动特性和弹性变形特性的影响。计算结果表明:当前缘控制面弦向尺寸增大而后缘控制面弦向尺寸减小时,升力特性在迎角变化呈现相反特性,较小迎角条件下,升力特性逐渐变差,较大迎角条件下变好;当前缘控制面弦向尺寸增大而后缘控制面尺寸减小时,较小迎角条件下弯曲变形和扭转变形减缓,而较大迎角时相反;随着前、后缘控制面展向尺寸的增大,升力系数增大,升力特性提高;当前、后缘控制面展向尺寸逐渐增大时,较小迎角条件下弯曲变形加剧,扭转变形减缓,而较大迎角条件下弯曲和扭转变形均有所减缓。计算分析得到的规律可为前掠翼飞行器的设计及优化提供有益参考。

成形制件面品问题的改善研究

面品质量问题是影响白车身品质的核心因素,包括A、B级面面品及顾客感知度较高的内板可视区域的品质,通过分析归纳导致冲压件面品问题的模具结构,验证成形工艺的改善能控制成形制件面品质量。

机翼盒段结构优化分析

机翼在飞机飞行过程中产生升力,是飞机能够飞行的根本保障。翼盒是机翼的主要承力部件,承受机翼上产生的所有载荷。所以翼盒的结构设计,对机翼甚至整个飞机的影响有着至关重要的作用。好的结构设计不仅能够保证机翼产生正常的气动升力,以及机翼内系统的正常运作,而且能够充分发挥材料的性能优势,减轻结构重量。因此,结构优化设计技术开始广泛被使用。总结翼盒优化的工作,包括不同的结构布局形式,不同的气动压心位置,不同的发动机吊挂位置以及翼盒不同位置的结构尺寸优化,分析影响翼盒结构设计的因素,为机翼结构的初步设计打好基础。

机翼下壁板维修孔自由尺寸优化设计

基于全机有限元模型建立了下壁板维修孔细节有限元模型。在细节有限元模型基础上定义了自由尺寸优化设计模型。以机翼整体柔度最小为目标进行自由尺寸优化设计。优化结果表明,为最小化翼盒整体柔度,下壁板维修孔两侧需要多分布材料以加强设计,而维修孔之间需要少分布材料以减弱设计。

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。

基于分级优化的飞机翼面结构布局综合技术研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法,本文采用分级优化与集成的策略,该策略分为三个层次。第一个层次为拓扑优化,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局;第二个层次为尺寸优化,它用来确定翼面的中间参数;第三个层次为稳定性准则优化,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的三个层次中,拓扑优化是独立的,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的,并且具有很好的数值效果。作者认为:它对从事飞机结构设计的人员有—定的指导性和参考价值,值得在飞机设计部门推广应用。最后,总结给出五点结论供参考。

某机翼大梁全尺寸破坏特性研究

为了保证改装后机翼大梁的承力性能,采用有限元方法对改装部位进行了分析计算,得到了危险部位的细节应力。从某飞机机翼中获取了改装部位的实际结构,并对其进行了全尺寸破坏特性试验,结果表明:计算和试验结果吻合良好,改装后的机翼大梁承力性能满足要求。

飞机机翼缘条紧固孔细节原始疲劳质量评估方法

为了对飞机机翼缘条紧固孔细节原始疲劳质量进行评估,本文首先对飞机机翼缘条结构中常用的BXXX铝合金紧固孔试件分别开展了高、中、低3种应力水平下的疲劳试验,通过断口判读和反推得到3组关于裂纹长度a和疲劳寿命t的(a−t)数据,在此基础上应用当量初始缺陷尺寸(EIFS)控制方程对每个试件的EIFS值进行计算并初步评估,验证了在不同应力水平下紧固孔结构细节的EIFS无显著性差异;得到了紧固孔结构细节的裂纹萌生时间(TTCI)分布,在指定应力水平下对紧固孔结构细节95%置信水平下的经济寿命进行预测,并与设计寿命进行对比,提出了一种不同超越概率P下的结构细节当量初始缺陷尺寸模型,基于给定5%的裂纹超越概率,对结构细节的通用EIFS分布进行评估.通过以上对飞机机翼缘条紧固孔细节原始疲劳质量的三重评估,得到综合评估结果:飞机机翼缘条紧固孔细节原始疲劳质量满足要求.

飞机翼面结构布局综合设计方法研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题 ,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法 ,本文采用分级优化与集成的策略 ,该策略分为 3个层次。第一个层次为拓扑优化 ,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局 ;第二个层次为尺寸优化 ,它用来确定翼面的中间参数 ;第三个层次为稳定性准则优化 ,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的 3个层次中 ,拓扑优化是独立的 ,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例 ,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的 ,并且具有很好的数值效果。作者认为 :它对从事飞机结构设计的人员有一定的指导性和参考价值 ,值得在飞机设计部门推广应用。最后 ,总结给出

一种微小型弹药的气动特性仿真研究

针对微小型弹药布局设计的现有约束问题,提出了一种新的微小型弹药布局优化方案,基于正常式布局的结构,建立弹药的三维气动模型,对微小型弹药进行流体力学仿真,研究了弹翼尺寸对弹体静稳定性的影响。为验证设计方案的可行性,利用不同的飞行条件进行模拟气动计算,得到微小型弹药的升力、阻力及俯仰力矩参数,计算了升阻比与可用过载。仿真结果表明:所提微小型弹药气动布局方案满足设计要求,且具有良好气动特性和飞行稳定性,为后续设计提供一定的参考依据。

巷道下向小孔径锚固孔钻进产渣特征及高效钻头设计

煤矿巷道下向锚固孔钻进是巷道围岩锚固控制的重要环节,成孔质量与锚固效果成正比。长期以来,小孔径下向锚固孔排渣困难是高质量快速成孔的瓶颈问题。因此,为了降低钻渣生成尺寸,提高排渣效率,利用理论分析、数值模拟、实验室实验及现场测试相结合的方法,研究了现有PDC两翼式钻头产渣尺寸及其周边钻渣运移特征,研发了一种小孔径下向锚固孔高效破岩钻头,优化了钻头进出液通道尺寸,并对设计钻头工作性能进行了分析验证。结果表明:现有PDC两翼式钻头在钻孔底部均会形成中心岩柱结构,其尺寸随钻头刀片间距的增加而增加。中心岩柱是大尺寸钻渣的主要来源,中心岩柱尺寸越大,产生的粒径>2.5 mm的钻渣平均尺寸也越大。改变刀片结构,消除孔底中心岩柱,可降低钻渣生成尺寸;现有钻头结构会造成钻渣局部聚集,导致钻渣上返能量损失;设计的高效破岩钻头因其结构优势较普通钻头更能够减少液渣混合流的能量损失,使钻渣具有更高的上返速度,更有利于钻渣顺利排出;高效破岩钻头的主副刀片会使钻孔底部形成平台结构,保证了孔底岩石均为切削破坏,消除了孔底中心岩柱,使钻渣平均尺寸明显低于其他类型钻头,也具有更高的破岩效率;现场试验结果表明,高效破岩钻头有效降低了钻渣生成尺寸,具有更高的成孔速度及排渣效率,工作性能良好。