涡轮冷却叶片气动与传热设计优化

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。     

涡轮叶片的持久寿命预测模型

镍基高温合金用于制造发动机的高压涡轮叶片.为了提高涡轮叶片持久寿命设计参数选取和设计方法的可靠性,从涡轮叶片代表性部位取材并设计、加工试验试件,进行持久寿命试验.试验过程中记录试件的变形量,进而推算出其蟠变应变,然后利用修正θ-Project Concept法来建立其持久寿命预测方程,并对其进行验证.     

某型飞机发动机涡轮叶片故障分析中的光弹性法的应用

某型飞机发动机发生多起涡轮工作叶片断裂故障,本文用光弹性试验对该叶片结构进行分析,对失效原因提出分析意见,光弹性试验的研究结构已得到转子旋转疲劳试验及发动机等效试车试验的证明,同时通过光弹性试验提出了叶片的结构改进方案,新结构已通过低周疲劳试验及发动机台架试车的考核。     

基于迭代更新近似模型的车内噪声优化

基于声固耦合分析与迭代更新近似模型对车身板件进行了优化。首先通过板件声学贡献量分析,确定影响车内噪声的关键板件,将其厚度作为设计变量,在减少计算量的同时去除了无关变量的干扰。然后建立不同激励下驾驶员右耳处最大声压与关键板件厚度之间的组合近似模型,对其进行多目标优化并采用序列二次规划和K均值聚类算法对近似模型进行更新,使得采样样本逐渐靠近Pareto前沿,从而提高近似模型在Pareto前沿上的精度。优化结果表明,迭代更新近似模型能够有效优化车身结构,在保证轻量化的同时,降低了车内噪声。     

涡轮叶片持久寿命预测中气膜冷却孔的影响

从涡轮叶片典型部位取材并设计加工试件,进行持久寿命试验.通过观察比较试验结果,发现相同名义应力下气膜冷却孔将使试件的持久寿命大为降低.为了验证这一结论,采用有限元数值模拟的方法对该试件的持久拉伸过程进行模拟,同时考虑材料的正交各向异性以及高温条件下的蠕变规律,求得应力集中最大节点的应力值,进而算出其持久寿命,并与标准试件进行比较.     

涡轮叶片蠕变全过程的修正Graham模型的参数识别

针对定向凝固镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,从涡轮叶片典型部位取材并设计制造模拟试件,在980℃下不同应力水平下进行单轴蠕变试验。对试验数据进行了唯象学的数学描述,并对ANSYS有限元分析软件中Graham蠕变模型进行了修正,使修正后的模型能够比较精确地描述单轴蠕变的全过程。并应用修正Graham模型对试验过程进行数值模拟,研究表明ANSYS有限元模拟蠕变的结果和试验数据吻合较好。这说明了修正Graham模型模拟单轴蠕变过程的合理性,该模型在一定程度上为ANSYS在金属材料蠕变分析方面的二次开发提供了理论基础。     

复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计

将材料细观结构优化和宏观结构优化结合起来,从结构与材料两个尺度出发,发展复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计方法.在建立平纹编织复合材料细观结构分析模型的基础上,采用细观力学有限元法进行材料刚度性能预测,热-固耦合分析方法进行涡轮导向叶片结构分析.同时以细观结构参数和宏观结构参数为设计变量,以叶片质量最小为优化目标,并要求满足应力和位移方面的约束,进行编织复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计.     

基于某型航空发动机飞行参数的涡轮转子叶片疲劳/持久寿命分析

在对某型发动机飞行参数记录仪(简称"飞参")记录的数据进行分析的基础上统计了此发动机的实际工作循环载荷谱、高压涡轮转速与排气温度时间相关矩阵;并指出了理论载荷谱与基于飞参数据的实际使用载荷谱的区别;根据温度场和应力场的有限元计算结果,确定叶身中部温度最高点、伸根处应力最大点、叶身根部应力和温度均较高的点为寿命分析考核点...     

翼型多目标气动优化设计方法

将数值优化软件modeFRONTIER同计算流体力学(CFD)软件相结合,对NACA0012翼型的气动性能进行优化.计算采用N-S方程作为主控方程以计算翼型气动性能,分别采用多目标遗传算法(MOGA)和多目标模拟退火算法(MOSA)作为翼型的气动性能优化算法.计算结果表明,优化后的翼型相对于优化前的翼型的气动性能有很大提高(升阻比增幅可达182%).     

多工况下连续体结构的多刚度拓扑优化设计和二重敏度过滤技术

针对多工况载荷条件下连续体结构拓扑优化设计的研究现状,以各载荷下对应结构的最小柔度作为目标函数,基于带权重的折衷规划法和SIMP密度函数插值模型,提出并建立了多载荷条件下线弹性连续体结构拓扑优化设计的数学模型.对优化过程中出现的棋盘格式和网格依赖性等数值计算问题进行了研究,在此基础上提出一种二重敏度过滤技术,该方法能有效消除优化结构中的棋盘格式,并使优化结构体现出较好的网格无关性.通过几个典型的算例证明了该文方法的有效性.     

基于改进粒子群算法的翼型多目标优化研究

在多目标优化研究中,为改善多目标粒子群算法的局部搜索能力,以标准粒子群算法为基础,引入单点模拟退火算法,局部进化最优个体,采用基于目标向量的共享函数法评价适应值.标准测试函数优化实例表明:本文算法比标准粒子群算法具有更好的收敛稳定性和收敛速度,收敛速度提高了近50%;针对某翼型的气动优化设计结果表明:改进算法有效缩短了优化时间,迭代代数由61减为49,调用CFD由4880减为4250次;阻力系数、升力系数、低头力矩系数分别改进了9.23%、0.42%、16.4%,取得了较好的优化效果.     

基于近似模型的非线性区间数优化方法及其应用

在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际.本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率.该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建立目标函数和各约束的径向基函数近似模型.利用近似模型代替嵌套优化中的真实模型,再用非线性区间数优化方法进行求解,从而提高了非线性区间数优化方法的计算效率,使得该算法在工程应用方面成为可能.用一个测试函数验证了该方法的可行性,最后将方法应用于车身薄壁梁的耐撞性优化.     

Aerodynamic optimization of 3D wing based on iSIGHT

A method for combining the CFD software,Fluent,with the iSIGHT design platform is presented to optimize a three-dimensional wing to ameliorate its aerodynamics performance.In the optimization design,two kinds of genetic algorithms,the Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm（NCGA）and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm（NSGAII）,are employed and the Navier-Stoke（N-S）equations are adopted to derive the aerodynamics functions of the 3D wing.The aerodynamic performance of the optimized wing has been significantly improved,which shows that the approach can be extended and employed in other cases.     

基于遗传算法的飞机气动优化设计

建立了一种以实数编码技术为基础的遗传算法模型，并把它与通过工程估算的气动分析方法相结合，进行飞机气动形的单点和多点优化设计。 优化设计中，设计变量取机为机翼、机身和尾翼的外形及三者之间的相对位置，优化目标是使飞机在跨音速和超音速飞行状态下获得配平状态下最大的升阻比。设计结果表明该优化设计方法是十分有效的，可以用来具有正常布局形式的飞机进行气动外形的优化设计。     

Multi-objective optimization design of radar absorbing sandwich structure

By introducing a dimensionless parameter to couple the two objectives, weight and radar absorbing performance, into a single objective function, a multi-objective optimization procedure for the radar absorbing sandwich structure （RASS） with a cellular core is proposed. The optimization models considered are one-side clamped sandwich panels with four kinds of cores subject to uniformly distributed loads. The average specular reflectivity calculated with the transfer matrix method and the periodic moment method is utilized to characterize the radar absorbing performance, while the mechanical constraints include the facesheet yielding, core shearing, and facesheet wrinkling. The optimization analysis indicates that the sandwich structure with a two-dimensional （2D） composite lattice core filled with ultra-lightweight sponge may be a better candidate of lightweight RASS than those with cellular foam or hexagonal honeycomb cores. The 2D Kagome lattice is found to outperform the square lattice with respect to radar absorbing.     

基于实验设计法的工程结构优化设计

基于实验设计法,提出了一种新的工程结构优化设计方法,这种方法将设计变量的水平值配列于正关表中,按正交表的参数组合条件进行结构解析,通过对设计变量对于目标函数值的方差分析和F检验,改变设计变量的水平值,进而通过迭代计算使设计变量趋地最优解,本文以杵架结构为计算例,验证了本方法的全局收敛性和优化精度,由于无需构建目标函数和约束函数以及微分计算,此方法具有简单而又适应广泛的优点。     

基于综合非线性优化方法的倒张型悬索桥非线性优化设计

提出随机优化、零阶优化和一阶优化相结合的综合非线性优化方法,并通过对ANSYS程序的二次开发编制全面优化设计和非线性有限元分析的综合辅助程序,从而对倒张型悬索桥进行非线性优化设计,以更合理地确定倒张型悬索桥设计中的关键因素,最终使倒张型悬索桥的受力和变形达到均匀合理的状态,以利于实际工程设计和应用.从优化设计前后的对比可以看出,本文的综合非线性优化方法和综合辅助程序简单有效,优化的效果显著.     

基于ICM方法的刚架拓扑优化

将ICM(独立、连续、映射)优化方法应用于刚架结构,建立了以重量为目标函数、考虑多工况下应力和位移约束的刚架结构拓扑优化模型。借助于磨光函数和过滤函数,实现了离散变量和连续变量之间的相互转换。考虑多工况应力拓扑解之间、应力和位移约束下拓扑解之间的协调,得到了合理的结果。文中给出的刚架结构拓扑优化算例表明,刚架结构的拓扑结构不同于桁架或连续体。     

基于非概率集合可靠性的结构优化设计

在结构非概率集合可靠性模型的基础上,考虑结构系统中的参数不确定性,提出了基于非概率可靠性的结构优化方法。该方法将不确定量看作是区间数,通过区间运算得到结构的非概率可靠性,并以结构的非概率可靠性小于指定可靠性指标为约束条件,利用乘子法对结构的优化问题进行求解。最后应用本文方法对一桁架结构进行总质量优化,优化结果验证了本文...     

基于CAD平台的周期性材料单胞的参数化形状优化设计方法

对于具有特定材料属性的周期性复合材料设计,提出了一种参数化的形状优化方法。对于带有周期性结构的两相材料,给定细观单胞结构的基本构型,通过参数化的实体造型技术,结合均匀化方法,实现了通用的材料单胞形状参数化设计方法,以获取指定材料性能。在参数化结构形状优化设计CAD/CAE集成平台POSHAPE上完成程序实现。文中算例给出了两相蜂窝型骨架复合材料和空心复合材料周期性单胞的零泊松比和指定参数性质的形状优化设计过程,并验证了本文方法的有效性。