CALCULATION OF AIRCRAFT DYNAMIC LOADS ON SHIP-DECK AND TEST VERIFICATION

舰载飞机的舰面动载荷是结构的临界设计载荷。针对常规方法下载荷计算的设计已不能满足舰载飞机非常规工况(例如弹射拦阻、自由飞钩住、偏心着舰等)载荷计算的设计要求的问题,研究和建立了一套完整的全机动载荷计算的设计方法和流程,并以某型飞机全机落震试验为例,通过与试验数据的对比分析,验证了该设计方法和流程的合理性和可行性。     

飞机舰面动载荷计算方法研究及试验验证

舰载飞机的舰面动载荷是结构的临界设计载荷。针对常规方法下载荷计算的设计已不能满足舰载飞机非常规工况(例如弹射拦阻、自由飞钩住、偏心着舰等)载荷计算的设计要求的问题,研究和建立了一套完整的全机动载荷计算的设计方法和流程,并以某型飞机全机落震试验为例,通过与试验数据的对比分析,验证了该设计方法和流程的合理性和可行性。     

用三维光弹性和应变片电测技术分析大型飞机主起落架的应力

主起落架是大型飞机重要的部件，其结构和载荷都十分复杂。为对主起落架进行详细的应力分析，本文不但提出一种整体制作主起落架三维光弹性模型的方法；而且将应变片电测技术应用于光弹性模型上，成功地为主起落架关键部件——活塞杆进行了方案的优化，并使其最大应力下降了４０％；同时提出一种载波计算机自动测量边界应力的方法。以上说明，对主起落架等复杂而重要的结构，实验应力分析方法是一种优化设计的有效工具。     

元胞单元法

介绍一种力学计算方法——元胞单元法．它将结构的整体求解变成局域分析,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡．它对计算机容量要求低,在大规模计算方面具有良好的前景．同时,由于借用元胞自动机的思想,可形成一种高度并行的算法,适用于未来并行机的要求．是一种有发展潜力的数值方法,可望在大型结构和纳米力学的大规模摸拟方面得到应用．文中介绍了元胞单元法的基本原理,将其用于平面问题分析,进行了数值试验,给出了计算步骤和结果,并对其优点和存在的问题进行了讨论．     

混合高斯粒子滤波在组合导航中应用的计算量分析

针对组合导航中出现的线性非线性混合滤波实现过程中的计算量问题,给出了一种混合高斯粒子滤波改进算法的计算量分析方法。根据该滤波算法特点,分析并总结了一种理论获取粒子滤波计算量的方法,据此定量的分析了该算法的计算量。并以SINS/GPS组合导航系统为例,具体分析了混合高斯粒子滤波算法计算量问题。仿真结果验证了该计算量理论分析方法的有效性。该方法同样可以推广到一般粒子滤波和其它非线性滤波算法中,能在理论上解决组合导航系统中非线性滤波计算量及滤波时间的计算仿真问题。     

涡桨飞机整机振动响应预计与乘员舒适性评估

为了在设计阶段预估涡桨飞机的振动水平并分析舱内振动环境的影响,亟需建立一套全机级振动响应预计与评估技术。从人体舒适性和健康风险指标出发,建立涡桨飞机振动控制设计流程,识别关键环节及要素。研究解决振动载荷获取、振动分析模型建立、振动响应计算、舱内振动环境评估等核心问题。通过全机地面共振试验和缩比模型振动响应测试风洞试验结果,验证了整机振动分析模型和振动响应计算方法的准确性。所建立的方法、实施流程和途径可为涡桨飞机的振动控制正向设计提供参考。     

复合材料翼面结构优化设计及分析

复合材料具有比强度高、比刚度大、抗疲劳等诸多优异性能,在航空航天结构中得到了广泛的应用.复合材料在新研制的飞机上的应用比重也越来越高,在大型民用飞机Boeing787上,复合材料结构重量占到了全机结构重量的50%.复合材料层合板具有无与伦比的设计潜力,成为复合材料中使用最多的一种结构形式.本文以某型号飞机机翼翼盒为研究...     

基于RBF插值技术的CFD/CSD非线性耦合分析方法研究

基于非结构混合网格的N-S方程求解器和结构柔度影响系数法,发展了一种考虑气动、结构非线性的基于RBF插值技术CFD/CSD耦合分析方法,适用于解决现代大展弦比飞机的非线性静气动弹性问题。该方法采用时间相关法(即求解非定常方程组,用长时间的渐近解趋于定常状态)求解静气弹分析时的定常流动。考虑大展弦比飞机结构变形问题为大变形小应力问题,在利用柔度系数法求解结构方程时,假设每次求解结构方程时应力与应变为线性关系,整体静气弹分析过程为非线性关系,因此每次求解结构方程时要更新柔度影响系数矩阵。在非定常N-S方程每求解一个时间步耦合一次结构有限元分析,由于结构有限元分析的时间相对于气动分析时间是很短的,所以这种方法实际上近似使用了一次求解非定常气动力的时间完成了整个静气动弹性分析的过程。对于气动网格与结构有限元网格不一致性,本文采用径向基函数(RBF)插值方法中的TPS方法进行结构弹性变形和气动载荷插值,采用虚功原理完成气动载荷数据交换。为了节省气弹分析时间,采用动网格方法对气动网格进行更新,本文基于RBF插值方法发展一种适用于混合网格(四面体、三棱柱、金字塔和六面体)变形的动网格方法,可以保证附面层网格的质量与分布从而准确模拟其流动。利用该方法对M6机翼、DLR-F6翼身组合体和某大型客机机翼进行了静气动弹性特性分析,结果验证了本文开发的非线性CFD/CSD耦合分析方法的可行性、精确性和高效性。     

桁架结构截面优化设计的改进模拟退火算法

将模拟退火算法应用于桁架结构截面尺寸优化设计,提出若干方法改进了算法的鲁棒性、计算效率和求解精度。通过一批经典问题,同时与传统结构优化算法和遗传算法进行了比较。数值结果表明,本文的改进模拟退火算法具有很高的优化求解精度,计算效率有显著提高且优于遗传算法,有望在结构优化设计问题中发挥其特点。     

大型结构大修改下的静力重分析方法

对于大型结构发生参数大修改时, 采用组合近似算法进行结构位移重分析会使所得的近似解与真实解误差较大. 为了解决组合近似算法在大型结构发生参数大修改时的求解精度不足缺陷, 提出了3种改进的结构静力重分析方法. 该3种改进算法都是基于组合近似算法, 并分别通过位移迭代修正、刚度逐步逼近等措施使求解精度不断提高. 通过2个算例验证了3种改进算法的有效性和高效性, 并对3种改进算法之间的求解效率进行了比较.      

大型飞机阻力预示与减阻研究

简要说明了大型飞机减阻的重要意义，对国内外大型飞机计算流体动力学(CFD)和风洞实 验等阻力预示技术进行了初步的评估和分析，重点论述了大型飞机减阻气动布局及装置、减 低诱导阻力方法和减低摩阻方法的研究现状和发展趋势，指出中国需要进一步提高CFD和风 洞实验阻力预示技术水平，同时加强对气动布局、优化设计以及流动控制等基础科学技术问 题的研究. 对中国发展大型飞机能起到借鉴和参考的作用.     

部分线性化结构优化方法在机械工程中的应用

1.算法概述 在机械工程中经常涉及连续体结构形状优化问题。本文通过将应力、位移约束函数进行线性化处理,化隐式约束为近似显式约束,然后用复合形法作序列优化计算,从而研制出一种适用于连续体结构形状优化设计的计算机程序JGYH。     

基于RBF插值技术的CFD/CSD非线性耦合分析方法研究

基于非结构混合网格的N-S方程求解器和结构柔度影响系数法,发展了一种考虑气动、结构非线性的基于RBF插值技术CFD/CSD耦合分析方法,适用于解决现代大展弦比飞机的非线性静气动弹性问题。该方法采用时间相关法（即求解非定常方程组,用长时间的渐近解趋于定常状态）求解静气弹分析时的定常流动。考虑大展弦比飞机结构变形问题为大变形小应力问题,在利用柔度系数法求解结构方程时,假设每次求解结构方程时应力与应变为线性关系,整体静气弹分析过程为非线性关系,因此每次求解结构方程时要更新柔度影响系数矩阵。在非定常N-S方程每求解一个时间步耦合一次结构有限元分析,由于结构有限元分析的时间相对于气动分析时间是很短的,所以这种方法实际上近似使用了一次求解非定常气动力的时间完成了整个静气动弹性分析的过程。对于气动网格与结构有限元网格不一致性,本文采用径向基函数（RBF）插值方法中的TPS方法进行结构弹性变形和气动载荷插值,采用虚功原理完成气动载荷数据交换。为了节省气弹分析时间,采用动网格方法对气动网格进行更新,本文基于RBF插值方法发展一种适用于混合网格（四面体、三棱柱、金字塔和六面体）变形的动网格方法,可以保证附面层网格的质量与分布从而准确模拟其流动。利用该方法对M6机翼、DLR-F6翼身组合体和某大型客机机翼进行了静气动弹性特性分析,结果验证了本文开发的非线性CFD/CSD耦合分析方法的可行性、精确性和高效性。     

舰载机缩比落震动载荷预计及试验技术

舰载飞机全机落震试验是考核机体结构、起落架以及机载设备承受舰动态冲击载荷能力的整机级试验,但作为大型动态试验,其试验规模大、准备周期长,一般承制单位难以实施。本文提出了一种舰载机缩比落震动载荷预计及试验方法,该方法在保证动力学相似的前提下,将原型机按照等比原则进行缩放;同时,设计了一套全机落震试验方法,经过动力学相似理论的推导,可将缩比模型落震试验结果还原到原型机载荷。该方法以较低成本预测了原型机全机落震试验结果,经过原型机试验验证,满足试验预计精度,在一定程度上可对舰面动载荷进行提前预计与分析。     

附加自由阻尼结构系统的有限元分析和拓扑优化设计方法研究

给出了一种适用于车身等复杂附加阻尼结构系统的有限元建模和动态特性分析方法,包括附加自由阻尼薄壁结构和附加阻尼材料粘弹性特性的有限元建模方法以及附加阻尼结构动态特性的有限元分析方法。在此基础上,又以强迫振动响应最小为优化设计目标,给出了一个附加阻尼结构的拓扑优化设计方法,包括优化设计问题的列式和适用的求解算法。通过对一个简单薄壁构件和一个车身地板上的附加阻尼结构的拓扑优化设计,验证了提出的有限元分析和拓扑优化设计方法的有效性。     

大型排土机强度、稳定及优化

本文建立了大型排土机结构各种平面、空间及其组合的有限元模型,并利用相应的有限元法整体地或局部地作了刚度、强度和稳定性分析,并对排料臂架作了优化设计....     

结构优化半解析灵敏度及误差修正改进算法

提出结构半解析灵敏度分析及其针对刚体位移的误差修正方法的改进算法,构建灵敏度分析与误差修正项可分离形式.该方法实现简便,数值精度不受摄动步长与单元数目的影响.首先从总体角度推得静力问题的误差修正半解析灵敏度分析方法,提出了位移误差修正灵敏度列式,并给出算法实施途径;然后将此思路推广于自振频率、屈曲临界载荷问题,提出了相应的计算步骤.随后,给出梁单元与壳单元误差修正项的具体推导方法,并分别使用两种单元构建有限元模型进行算例测试.结果表明,该方法适用于多种分析类型,数值精度不受单元数目与摄动步长的影响.由于灵敏度分析与误差修正项可以分开计算,该方法支持将误差修正项直接叠加于灵敏度求解结果进行误差修正,使已有灵敏度分析程序得到充分利用.尤其对于复杂工程结构的优化设计,特别是形状优化设计以及尺寸、形状混合优化设计,相比于原误差修正方法,实现更为简便,效率有所提升,能为半解析灵敏度分析方法及其程序实现提供新的思路.     

结构优化半解析灵敏度及误差修正改进算法

提出结构半解析灵敏度分析及其针对刚体位移的误差修正方法的改进算法, 构建灵敏度分析与误差修正项可分离形式. 该方法实现简便, 数值精度不受摄动步长与单元数目的影响. 首先从总体角度推得静力问题的误差修正半解析灵敏度分析方法, 提出了位移误差修正灵敏度列式, 并给出算法实施途径; 然后将此思路推广于自振频率、屈曲临界载荷问题, 提出了相应的计算步骤. 随后, 给出梁单元与壳单元误差修正项的具体推导方法, 并分别使用两种单元构建有限元模型进行算例测试. 结果表明, 该方法适用于多种分析类型, 数值精度不受单元数目与摄动步长的影响. 由于灵敏度分析与误差修正项可以分开计算, 该方法支持将误差修正项直接叠加于灵敏度求解结果进行误差修正, 使已有灵敏度分析程序得到充分利用. 尤其对于复杂工程结构的优化设计, 特别是形状优化设计以及尺寸、形状混合优化设计, 相比于原误差修正方法, 实现更为简便, 效率有所提升, 能为半解析灵敏度分析方法及其程序实现提供新的思路.      

大型结构特征值问题的Lanczos子结构并行算法

本文利用子结构和Lanczos方法,提出了大型结构固有频率与模态的并行解法。该方法在Lanczos方法的求解过程中,仅利用子结构刚度阵和质量阵并行进行凝聚,进而求得新的迭代矢量,最终求得三对角阵对应的特征值和特征向量。该算法在西安交通大学ELXSI-6400并行计算机上程序实现,计算结果表明能有效地节省计算时间和计算机的内存,为一种有效的大型工程结构动力问题的求解方法。     

结构设计中的混沌优化方法及其改进

在变尺度混沌优化方法研究中．结合结构优化问题的特点,提出了一种改进的混沌优化求解算法,用来解决带有多种约束条件的结构优化设计问题。在有限元分析和优化设计软件JEFIX中实现了上述算法．并通过数值算例讨论了变尺度混沌优化方法在结构优化中的可行性及存在的问题,得到了一些重要结论。