基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量模型

针对难以建立轮轨磨耗的单一模型和无法对各种工况下车轮踏面磨耗进行定量计算的问题,提出一种基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量方法(SQPSO-DELM). 首先将衍生特性引入到极限学习机中,提出一种衍生极限学习机模型(DELM). 然后引入序列二次规划(SQP)方法和量子粒子群优化(QPSO)算法,对DELM的参数进行优化. 通过SQPSO-DELM预测模型,对车辆动力学模型模拟不同试验参数下的车轮踏面最大磨耗量以及对现场列车踏面磨耗程度的实际测量值进行训练和预测. 结果表明:SQPSO-DELM预测模型的性能参数指标均优于LSSVM、ELM、PSO-ELM和QPSO-ELM,能较好地反映不同参数对车轮踏面磨耗值的影响规律.      

基于自适应泡泡法的薄壳结构拓扑优化设计

为有效解决薄壳结构拓扑优化设计难题,并满足其对分析模型精度和优化结果质量的高要求,结合等几何壳体分析方法提出一种基于自适应泡泡法的新型拓扑优化设计框架.等几何分析技术在薄壳分析方面具有天然的优势:一方面可为薄壳结构建立起精确的NURBS分析模型,避免了模型转换操作及误差;另一方面还可保证待分析物理场的高阶连续性,无需设置转角自由度等.为了在给定壳面上实现结构的拓扑演化,借助NURBS曲面(即等几何分析中的薄壳中面)的映射关系,仅需在规则的二维参数区域内改变结构拓扑即可.鉴于此,采用自适应泡泡法在壳面参数区域内开展拓扑优化,该方法包含孔洞建模、孔洞引入和固定网格分析3个模块,其在当前工作中分别基于闭合B样条、拓扑导数理论和有限胞元法实现.其中,闭合B样条兼具参数和隐式两种表达形式,参数形式便于在CAD系统中直接生成精确的结构模型;隐式形式不仅便于开展孔洞的融合/分离操作,还能与有限胞元法有机结合以替代繁琐的修剪曲面分析方法.理论分析和数值算例表明,所提优化设计框架将复杂的薄壳结构拓扑优化问题转化为简单的二维结构拓扑优化问题,在保证足够分析精度的基础上使用相对很少的设计变量就可得到具有清晰...     

高压捕获翼前缘型线优化和分析

为分析翼前缘形状变化对高压捕获翼构型气动性能的影响,基于一种锥体组合捕获翼概念构型,采用幂次函数和余弦函数组合形式对翼前缘型线进行了参数化设计,在比较了多项式和径向基函数两种代理模型的拟合精度基础上,以飞行马赫数7,飞行攻角0° 为计算条件,结合使用均匀实验设计方法、计算流体力学、径向基函数代理模型方法和遗传算法,选择升阻比最大化为目标开展了数值优化,最后基于优化结果进行了单参数的灵敏度分析. 优化结果表明,相对于基准外形而言,优化后构型升力系数增大了约8.1%,阻力系数减小了约12.2%,升阻比提高了约23.4%. 此外,灵敏度分析结果表明升阻比与5 个设计参数均呈非线性关系,其中展向角度对升阻比影响最大,其次为幂次曲线的比例参数,其余3 个参数对升阻比的影响相对较弱.      

基于代理模型的箭体连接结构极值响应分析与优化

螺栓法兰连接结构在航空航天等工程领域中广泛应用,其力学性能在不同工况和装配情况下十分复杂。由于拉压刚度差异,含连接结构的箭体动力学响应呈现明显的非线性特征。因此,考虑不同连接参数及工况下的连接非线性动力学响应,对结构优化设计有着重要意义。本文针对以双线性弹簧表征螺栓法兰连接非线性的箭体等效动力学模型,基于径向基函数(RBF)神经网络和响应面法分别建立其连接面处的极值响应代理模型,对比发现RBF神经网络模型在较高精度上可以实现对动响应极值的预测及分析;同时分析了不同载荷参数及刚度变化对连接结构动响应极值的影响;最后,利用RBF神经网络代理模型,开展了连接面加速度极值响应与螺栓弹簧力最小化为目标的连接结构参数优化。     

大型客机襟翼滑轨布置优化设计方法研究

为了对大型客机襟翼滑轨进行布置,满足刚度连续变形协调的设计要求,该文阐述了襟翼的结构及受力形式,对襟翼进行合理的工程简化,确定了支点形式,依据结构力学基本理论对襟翼刚度进行计算和拟合,基于襟翼受载变形协调,建立优化模型,提出了一种双支点襟翼支点的位置优化方法,该方法对其他悬挂式或支撑式活动舵面的支点位置确定提供了有益的参考.     

某SUV汽车二四驱适时切换机构壳体优化设计

为优化某SUV汽车切换机构壳体、降低材料成本与应用成本,对切换机构壳体进行了材料与结构的轻量化设计。首先建立了切换机构的有限元模型,基于静力学分析结果,选用PPS工程塑料替换传统材料A380型铝合金作为壳体材料;再对拓扑优化后的壳体结构去除了高密度区域的多余材料并构建加强筋;最后利用Solidworks与ANSYS无缝衔接技术建立新结构的参数化模型,采用中心复合试验设计方法得到了壳体壁厚、加强筋厚度、连接台高度这3个设计参数所决定的壳体质量、最大等效应力、最大变形量的响应面模型,利用MOGA响应面优化方法得到最优解集并确定壳体最优结构设计参数。结果表明:拓扑优化后,壳体质量为486.84g,较原壳体减轻了27.5%,最大等效应力为90.143MPa,较原壳体降低了20.7%;多目标优化后,壳体质量为477.24g,最大等效应力为80.73MPa,优化效果显著。     

含区间参数结构固有频率范围的优化估计

提出了一种基于Kriging近似模型和粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)优化算法的含区间参数结构的固有频率范围估计方法。基于Kriging模型优良的局部拟合性质,并经过误差检验和相关参数调整后,建立了满足精度要求的固有频率近似模型;基于PSO算法出色的全局寻优性能,对固有频率近似模型在区间参数空间内进行全局优化求解,获得区间不确定结构固有频率范围估计值。对某型燃气轮机涡轮叶片进行了实例分析,结果表明文中方法的效率和精度能够满足工程要求,其可行性和合理性得到了验证。     

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构，利用有限元程序，对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究，得到了进行结构优化设计的准则，对于给定的设计载荷，当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时，结构的重量最轻。提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略，利用优化策略，获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果，同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较。     

基于结构代理模型与二级优化策略的航天结构模型修正研究Updating finite element dynamic models of aerospace structures based on the surrogate model and 2-level optimization strategy

随着我国航天事业的不断发展,航天结构形式越来越复杂,有限元结构模型往往存在各种假设和简化,因此与实际结构往往存在一定的误差,特别是部件的连接、边界条件的不确定以及材料性能（尤其是复合材料）与工艺的不确定性,都会对有限元模型的分析精度产生较大影响。本文基于初始有限元模型,通过试验设计构造结构代理模型,然后采用遗传优化算法与梯度优化算法的二级优化策略进行模型修正。另一方面,在每次模型修正迭代分析之前,自动进行置信值MAC（Modal Assurance Criterion）分析,使有限元分析模型与实验结果进行匹配,提高模型修正的正确性。分析表明该修正方法具有较高的分析精度,也能对结构参数进行识别。     

Analysis of a cylindrical shell with spiral groove

Summary The analytical method is presented for a cylindrical shell with spiral groove. The governing equations of cylindrical shell derived by one of the authors are introduced and Kirchhoff's boundary conditions along any smooth path are deduced from the principle of energy. The analysis is carried out for a cylindrical shell under a uniform bending moment by considering the equilibrium conditions of a shell element. Numerical results are given for various geometrical parameters of cylindrical shell and the angle of the spiral groove, some of which are confirmed by an experiment.

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übersicht Die analytische Methode wird für eine Kreiszylinderschale mit spiraler Fuge entwickelt. Die von einem der Verfasser eingeführten Differentialgleichungen der Kreiszylinderschale und die Kirchhoffschen Randbedingungen l?ngs des beliebig geneigten Randes, die vom Prinzip der Energie hergeleitet wurden, werden angegeben. Das Problem der Kreiszylinderschale mit spiraler Fuge unter einem uniformen Biegemoment wird unter Berücksichtigung der komplizierten Gleichgewichtsbedingungen der Schalenelemente analysiert. Die numerischen Ergebnisse zeigen gute übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen.

     

一种求解层合圆柱壳的杂交应力单元

根据修正的余能原理，推导出一种求解复合材料层合圆柱壳的杂交应力单元。取用六面体等参单元，此单元反映了各层材料性质不同及应力分布沿整个厚度不连续现象，同时计入横向剪切变形和法向挤压变形，适用于厚层壳体。文章通过实例说明此单元能准确求出各层内的应力值，实用价值高。     

高速碰撞下圆柱壳自由梁的穿孔特性

利用二级轻气炮加载,进行了球状2A12铝弹丸垂直撞击圆柱壳自由梁实验。并进行了弹丸速度、圆柱壳直径和壁厚等因素对穿孔直径影响的数值模拟,数值模拟结果和实验结果基本吻合。通过量纲分析和数值模拟结合,推导了穿孔直径与相关影响参数的经验关系式。研究结果表明:当圆柱壳直径和厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径在径向和轴向都随着弹丸速度增大而增大;当弹丸速度和圆柱壳厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径随着圆柱壳自由梁直径的增大而减小;当弹丸速度和圆柱壳直径不变时,穿孔直径随着圆柱壳厚度的增大而减小。     

具脱层轴对称层合圆柱壳的振动模态分析

对具环向贯穿脱层的轴对称层合圆柱壳进行振动模态分析.首先,采用Heaviside阶梯函数,构造了一种适合于脱层壳的位移模式.通过对脱层壳的能量分析,应用瑞利--里兹法后,得到用时间函数表示的系统振动控制方程,然后对其求解,得到脱层壳模态分析的特征方程式.算例中,讨论了不同的脱层位置、脱层大小和脱层深度对脱层壳振动模态的影响.     

圆柱壳稳定性问题的研究进展

圆柱壳是工程实际中广泛应用的结构,其主要破坏形式是屈曲失稳．作为力学领域的经典问题,圆柱壳稳定性问题的研究非常之多．其中,受均匀轴向压力的圆柱壳由于临界屈曲载荷的理论预测值与早期试验结果之间的巨大差异,更是推动了壳体稳定性理论的不断发展．本文简要回顾了壳体稳定性理论的发展和分类,并对轴压圆柱壳体试验结果分散且远低于理论预测值的原因及含缺陷圆柱壳体的稳定性研究方法进行了总结,然后综述了地下空间顶管、储油罐、加筋圆柱壳及脱层圆柱壳等实际工程中广泛应用的圆柱壳结构稳定性研究的现状和趋势,最后展望了将来对工程应用中圆柱壳结构的稳定性研究的难点和方向．     

刚性角隅内圆柱壳结构声辐射特性研究

本文对流场中处于刚性角隅内圆柱壳结构振动-声辐射问题进行研究．基于双反射方法，推导了位于两个垂直刚性壁面角隅区内圆柱壳结构的振动-声辐射方程．以此为基础，开展受线环向激励力作用的圆柱壳结构的振动-声辐射特性的数值计算．研究了刚性角隅内圆柱壳结构布置位置及计算频率对声辐射功率、声指向性的影响．计算结果可为分析含复杂声学边界的结构声振问题提供技术支持．     

SOME PROBLEMS FOR DYNAMIC COMPUTATION OF CLOSED CYLINDRICAL SHELL DUE TO AXIAL IMPACT LOAD

The present paper treats some of the problems for dynamic computation of closed cylindrical shell due to an axial impact load, including the calculations of the dynamic stresses and the problems of stability. It analyses the changes of the momentums and the energy in the impact process, takes into account the effect of the mass of the striking object and the system of the closed cylindrical shell to be struck, turns the distributed mass of the total cylindrical shell into an "equivalent mass" being concentrated on only at one end of the shell by using the way of reduced mass, and accordingly derives the dynamic factor of the closed cylindrical shell under the axial impact load, hence resolves the questions of calculation of the dynamic stresses in the loaded case mentioned above and found out the critical loading.     

Study of the Nonlinearly Elastic State of an Orthotropic Cylindrical Shell with a Hole, Using Mixed Functionals

An analogy is established between some terms of the functionals under consideration and the formulas of the theory of random processes. On this basis, the efficiency of mixed functionals is attributed to a deeper minimum they help to reach by taking the energy of so-called false strains into consideration. We perform a numerical stress—strain analysis of an organoplastic cylindrical shell with a side circular hole and study how the orthotropy and nonlinear properties of the composite affect the stress distribution near the hole. The case is discovered where the orientation of the composite about the cylindrical shell changes so that a larger nonlinear effect corresponds to a smaller initial stress     

On stability of cylindrical shells of variable thickness with initial imperfections

The paper outlines a numerical method for stability analysis of cylindrical shells with initial imperfections. We solve a nonlinear buckling problem for a cylindrical shell with variable wall thickness under surface pressure. The imperfections of the shell are modeled as the first buckling mode. A probabilistic approach is used to determine the reliability against buckling of the cylindrical shell with the probability density of initial imperfections represented by uniform distribution, triangular distribution, or Gaussian distribution     

纵横加肋圆柱壳的应力分析

建立了一种纵横加肋圆柱壳有限元分析的正确的力学模型,通过大量数值计算,论证了纵骨尺寸,纵骨间距对壳体应力状态的影响,提出了一种等效各向同性壳的近似解析公式,为开展纵横加肋圆柱壳的结构设计打下了良好的基础。