一、飞机加强框的一种结构拓扑优化设计方法(论文文献综述)
麻耀辉[1](2021)在《面向大型复杂结构精细化设计的降维拓扑优化方法研究》文中认为大型复杂结构普遍存在于国防工业和民用生活中,结构的优化设计对于装备性能提升具有重要意义。拓扑优化能够通过材料的合理布局,获得结构的优质构型。利用拓扑优化方法进行大型复杂结构的设计,可以有效提升结构的性能。然而,大型复杂结构由于其自身结构的复杂性,特征较多,基于拓扑优化的精细化设计计算规模巨大,导致设计和求解困难。此外,结构上有时会出现边界受载不确定的情况,与之相连的附属结构对优化设计有很大的影响,这就使得边界条件难以准确描述,考虑附连结构的影响会进一步导致计算规模上升。因此,需要建立降维的拓扑优化方法。子结构在保证计算精度的前提下能够有效减少计算量从而提升计算效率,常用于大规模复杂结构的有限元分析。本文针对大型复杂结构的精细化设计问题,将子结构技术引入大型复杂结构拓扑优化,研究建立基于子结构的降维拓扑优化设计方法。以此为基础,实现飞机加强框边界条件的准确描述和相应的拓扑优化设计;针对复杂大型结构中的多个局部区域设计问题,构建分区构型拓扑优化设计方法。具体研究内容及成果如下:(1)基于子结构的降维拓扑优化设计方法。本文提出了基于子结构的降维拓扑优化设计方法,可用于大型复杂结构的精细化设计。为了准确描述结构边界条件,同时降低自由度计算规模,本文首先建立了子结构静态凝聚自由度的分析方法,并提出了一种描述边界条件的等效方式。利用所提出的方法可以将对结构设计域有较大影响的附连结构作为子结构进行凝聚降维处理,通过保留凝聚的节点信息进而等效描述结构设计域的边界条件。从而减少了结构自由度数量,降低了计算规模,实现了降维拓扑优化设计的目标。最后几个数值算例表明提出的方法对用于提升大型复杂结构拓扑优化设计效率是有效的。(2)飞机机身中段加强框结构拓扑优化设计。飞机机身中段加强框这一大型复杂结构的受力环境复杂,剪力弯矩等载荷边界条件主要来源于周边结构,拓扑优化精细化设计和求解困难。针对这一复杂结构设计问题,本文根据建立的基于子结构的降维拓扑优化设计方法,考虑与加强框相连的附属结构的影响,采用子结构凝聚加强框附连结构的方式得到加强框边界条件的准确描述,从而实现了飞机机身中段加强框结构的拓扑优化设计,进一步验证了方法对于局部结构拓扑优化设计效率提升的有效性。(3)基于子结构的复杂结构分区构型拓扑优化方法。大型复杂结构往往具有多个局部区域设计问题,由于各区域边界节点数目较多,直接采用基于子结构的降维拓扑优化方法进行设计仍然会有耗时长,效率低的问题。本文提出面向大型复杂结构分区构型拓扑优化方法,以结构柔顺性为目标,在尽可能增强结构性能的情况下降低计算规模,提升优化的效率。主要策略是,首先基于子结构拓扑优化方法设计其中一个区域,以此区域初始拓扑优化结果为基础,进行下一区域的拓扑优化,以此类推,直至完成各区域构型设计。然后以其它区域优化结果为基础,第二次优化第一个区域,循环迭代,最终得到较为准确的分区构型拓扑优化设计结果。此方法一方面可以降低计算规模,使其能够在普通计算机上运行,提升效率;另一方面减少了单独设计对最优拓扑优化结果的影响。
王朝华[2](2021)在《铝合金轮毂结构轻量化设计关键技术研究》文中指出轮毂,作为汽车行驶过程中的关键承载结构,其轻量化程度和力学性能的优劣直接影响到汽车的平稳性、安全性、制动性和经济性。为了满足轮毂的市场需求和使用性能,节约成本,提高产品竞争力,轻量化轮毂成为行业的发展目标。然而,轮毂结构特征复杂,不同区域(包括轮辋、轮辐、轮缘)承受的载荷类型不同,功能、工艺约束进一步增加了其轻量化设计的难度,导致目前轮毂的设计与优化主要采用工程经验进行试错研究,需要耗费大量的时间和经济成本,其轻量化设计相关理论和方法仍有待补充与完善。本文以突破超轻、高性能、耐疲劳轮毂结构设计过程中存在的技术瓶颈难题为目标,开展轮辋截面形状优化、轮辋筋板布局设计、轮辐拓扑结构优化等关键问题研究,为轮辋、轮辐的结构设计与优化提供理论与技术支撑。主要研究工作包括:(1)分析铝合金轮毂的结构特征及加工工艺,研究各试验工况下轮毂的主要承载区域及类型,基于TRIZ理论研究轮毂轻量化设计过程中存在的主要技术矛盾,给出解决这些技术矛盾可行的发明原理,制定轮毂的结构轻量化方案,为轮毂的轻量化设计提供依据。(2)提出基于传力路径分析的轮辋截面形状优化方法,研究轮辋截面载荷传递规律显式表达方法,制定结构传力性能评价策略,揭示轮辋截面传力性能,给出轮辋截面形状优化建议及尺寸确定方法,开展仿真分析及轮毂静压、径向冲击试验,验证轮辋截面形状优化效果,为轮辋的截面形状设计与优化提供了理论依据。(3)提出“轮辋面+筋板”的轮辋轻量化设计方案,研究轮辋面最小壁厚,给出轮辋筋板布局设计需求及仿生设计思路,选择蜂窝结构、叶脉分枝结构作为仿生原型对轮辋筋板进行布局仿生设计,得到类蜂窝轮辋、类分枝轮辋以及混合仿生轮辋三套设计方案,并验证其力学性能及轻量化效果。(4)研究轮辐数量对轮毂铸造工艺及力学性能的影响规律,给出轮辐数量的选用建议,分析轮辐多工况多位置承载情况及拓扑优化层次结构,构建轮毂多试验工况综合评价函数来表征轮辐的旋转特性,建立轮辐多工况联合拓扑优化数学模型,开展轮辐的拓扑结构优化研究。(5)建立轻量化铝合金轮毂三维模型,仿真分析验证其力学性能,给出轮毂疲劳寿命预测思路,研究轮毂零件SN曲线拟合及平均应力修正方法,构建考虑轮毂旋转特性的疲劳寿命预测模型,开展疲劳试验验证预测模型的科学性,并对轻量化轮毂的疲劳寿命进行分析。
米娇鹏[3](2020)在《面向制造全过程的航空整体加强框孔布局优化研究》文中进行了进一步梳理由于大型整体薄壁多槽腔结构件刚性差,作为主支撑力作用点的主基准和作为辅助支撑力作用点的辅助基准选择不当,在铣削加工时会引起附加应力,造成严重的加工变形,增大加工差异性,使装配定位过程管控情况更为复杂和突出。飞机部件装配过程中,整体薄壁多槽腔结构件一般通过孔销结合的过约束方式进行定位,保证其站位准确度及腹板平面度,借助数字化测量手段获取布置在槽腔腹板上且有加工精度的工艺孔凸台航向坐标值评价定位质量。尽可能多的定位孔可降低后续结构件与之连接的操作难度,但定位孔过多则会极大地增加定位操作的难度,甚至出现无法完全按工艺要求完成定位操作的问题,且定位后的残余应力水平及应力分布复杂程度也会随之增大。因此,如何确定大型整体薄壁多槽腔结构件定位孔与工艺孔的数量及位置,是其加工过程与定位过程顺利进行的重要保障。本文以航空整体加强框孔位设计为例,针对依靠经验法和试错法的现状,提出了面向制造全过程的航空整体加强框孔布局优化设计方法。首先,基于孔在制造中承担工艺功能的主辅之分,将其分为主定位孔与辅定位孔两类;其次,初始化主定位孔布局,利用有限元法仿真铣削加工过程,以最大铣削变形量最小为目标,确定该主定位孔布局对应的辅定位孔布局;并结合萤火虫算法与加权法实现主定位孔布局迭代优化;然后,基于已确定主辅定位孔布局的模型,固支三个主定位孔,在第四个主定位孔处施加垂直孔凸台面向下的单位力,以四个辅定位孔处的最大变形量和平均变形量代表腹板平面的变形情况,利用有限元法对选定模型进行装配定位力学仿真和装配定位质量检测力学仿真,并基于加权法建立面向装配/检测的航空整体加强框孔位布局优化模型;最后,建立面向制造全过程的孔位布局优化模型,并进行孔位布局优劣评定。
杜成龙[4](2020)在《基于轨道车辆充电机箱结构轻量化研究》文中提出随着列车运行速度不断地提升,轻量化已成为轨道车辆研究的重要方向。本文基于Optistruct结构优化平台对轨道车辆充电机箱结构进行形貌和拓扑优化设计。通过分析充电机箱原有结构的强度、模态焊缝疲劳利用系数和各材料的利用率,得出机箱结构的薄弱部位,然后对其相应的部位进行结构优化。本文的主要内容:(1)根据充电机箱三维模型对结构进行简化处理,选择合适的网格单元类型对箱体结构进行离散化处理,采用质量单元对箱体内的电气元件质量进行了模拟。确定了箱体的约束条件,建立了箱体的有限元模型。(2)对机箱结构进行了静力学分析和动力学分析。根据铁路车辆车体结构标准的要求对机箱结构进行了5种主要工况的分析,依据标准对机箱动静力学性能参数进行评价。结果表明,在所有工况下机箱结构的强度、模态、各种材料的利用系数和焊缝疲劳强度都满足列车运行标准的要求。(3)根据有限元分析结果确定箱体结构的薄弱部位,制定优化设计流程,然后建立单目标多工况拓扑优化数学模型,运用Optistruct优化软件对机箱吊脚处加强板、机箱蒙皮和电气件安装板进行了拓扑优化,同时采用双向渐进结构优化法对优化后有限元网格模型的棋盘格效进行了处理,实现了对吊脚处加强板、电器件安装板和机箱蒙皮的结构优化。通过对比分析优化前后机箱结构的性能参数,验证优化的合理性。最终优化后机箱蒙皮的一阶固有频率提高了56.18%,优化后机箱结构的应力分布更加均匀,材料的利用率更高,达到了机箱轻量化的目的。本文对结构拓扑优化技术进行了初步的探讨,利用改进后的渐进优化方法对机箱的结构部件进行了优化设计,验证了方法的可靠性。本文对轨道车辆充电机箱结构优化设计与研究具有一定的参考价值和工程意义。
孔子成[5](2020)在《拓扑优化减重设计中非设计空间尺寸寻优方法的研究》文中提出随着3D打印技术的出现,拓扑优化技术飞速发展,尤其是拓扑优化与3D打印技术的结合更是受到航空航天领域的广泛关注。当前民机结构减重设计中,主要是将拓扑优化得到的拓扑结构经过3D打印技术等先进制造方式加工出来之后,在保证连接方式以及载荷约束不变的情况下替换原始的结构,因此将连接的部位以及部分承载面设定为不进行拓扑优化设计区域的非设计空间,既可满足优化结构的替换要求,又可以提高拓扑优化设计的计算效率。本文以结构体积为约束,建立以最小柔度为目标、包含非设计空间尺寸参数的SIMP插值模型(Solid Isotropic Material with Penalization),通过米塞斯应力屈服准则以及结构最大许用位移作为约束条件对拓扑结构进行选择,建立最小体积比与最优非设计空间体积的计算方法,从而完成了拓扑优化减重设计中非设计空间尺寸寻优方法的建立。本文基于Python语言在Abaqus有限元软件中编写了非设计空间尺寸寻优方法程序,以某一民机结构为例,验证了该方法的可靠性,与拓扑优化商业软件Solid Thinking Inspire的优化结果进行比较,拓扑优化软件获得的最优非设计空间尺寸与本文方法获得的非设计空间尺寸最优非设计空间尺寸相同,最终民机结构减重35%。证明了本文所建立的非设计空间尺寸寻优方法具有较高的工程参考意义,与拓扑优化软件相比,本文所建立的方法能够实现非设计空间尺寸的自动寻优,缩短了设计周期,节省了大量的人工成本。此外,本文以悬臂梁结构以及上述民机结构为例,分析了非设计空间尺寸寻优方法中,设计变量阈值和体积比初值对最终拓扑优化结果的影响分析,同时以悬臂梁结构为例研究了网格尺寸对非设计空间尺寸寻优的影响,得到伪密度阈值建议在0.3至0.6之间取值,初始体积比在0.5附近取值,建议先通过较大的单元尺寸获得最优非设计空间的范围,然后有针对性地减小网格尺寸在最优非设计空间范围内进行寻优的结论,最终悬臂梁结构减重33.86%。
侯杰[6](2019)在《考虑钉载约束的连接结构拓扑优化设计方法研究》文中指出航空航天飞行器等高端装备中存在大量连接结构,如何控制紧固件连接载荷(钉载)是结构强度设计中存在的重要问题。本文着重开展了考虑钉载约束的连接结构拓扑优化设计方法研究,包括连接结构刚度设计,抗疲劳性能设计,以及对大变形几何非线性效应和加强筋布局设计的考虑,充分阐明在结构概念设计阶段紧固件连接部位的承载性能对传力路径的影响。主要研究内容如下:(1)建立了考虑钉载约束的连接结构拓扑优化设计方法。针对有限元分析中钉载及其分配规律、连接部位力学行为等方面,开展了紧固件三维实体、等效梁单元以及组合单元三种不同建模方法的对比分析研究,结合梁理论及其有限元列式推导了考虑剪切效应的紧固件钉载灵敏度。针对实际问题中紧固件数目多、钉载约束计算量大的问题,采用P范数约束凝聚技术实现了灵敏度求解过程的简化和优化计算效率的提高。结合3D打印技术制造了拓扑优化构型样件,并通过静力加载实验对拓扑优化结构的承载性能和钉载设计结果进行了测试,验证了考虑钉载约束的连接结构拓扑优化方法的有效性。(2)发展了考虑疲劳性能与钉载约束的连接结构最大刚度拓扑优化设计方法。在考虑钉载约束的同时,引入Sines和Crossland准则作为疲劳性能设计约束。使用平均应力系数和应力幅值系数,对结构所受的周期性简谐载荷进行分解,求解疲劳准则中涉及到的等效应力幅值和等效平均应力,同时,针对疲劳性能依赖应力分布而产生的奇异性问题,使用q-p松弛方法对疲劳约束进行松弛,并采用P范数实现了多约束的凝聚。通过数值算例对比研究了两种疲劳准则的优化结果。(3)研究了考虑几何非线性效应的连接结构拓扑优化设计方法。以大展弦比、大跨度飞行器结构设计需求为背景,结合非线性牛顿-拉夫逊(NR法)迭代格式,采用伴随法推导了考虑几何非线性效应的平衡柔顺度与钉载约束的半解析灵敏度公式。其次,针对密度变量法在处理几何非线性大变形结构拓扑优化问题时存在严重数值不稳定现象,提出超单元凝聚技术,一是通过凝聚弱单元区域内部自由度,避免了拓扑优化过程中弱单元扭曲与刚度矩阵非正定问题;二是通过超单元扩展提取弱单元区域单元响应并求解其灵敏度,充分考虑了弱单元的影响。最后,在优化过程中对SIMP材料插值模型惩罚系数、灵敏度过滤半径以及弱单元凝聚阈值进行渐近延拓,保证了分析和优化迭代的数值稳定性。数值算例验证了考虑几何非线性效应拓扑优化求解方法的有效性。(4)提出了考虑钉载约束的加强筋布局设计方法。在基于密度变量拓扑优化设计方法的框架下,根据航空航天飞行器薄壁加强筋结构特点,提出加强筋高度-布局协同设计优化模型,采用基于多项式分段函数的高度变量插值模型描述加强筋高度,并引入独立的列设计变量描述加强筋布局。分析优化模型中分段函数潜在的不连续性,据此推导优化目标和设计约束关于加强筋高度设计变量、布局设计变量的灵敏度,并通过数值算例验证了考虑钉载约束的加强筋设计方法的合理性,实现加强筋的高度和布局协同优化设计。
杨蕾[7](2019)在《飞机发动机吊挂的结构优化及可靠性分析》文中研究说明近年来,随着航空工业的快速发展,飞机不断大型化,结构更为复杂,承受载荷越来越大,对飞机性能的要求也更高。为了提高经济性,飞机的减重问题成为了重要研究课题。结构轻量化设计是飞机减重的一种主要手段,国内外专家学者在此方面进行了大量研究实践。飞机发动机吊挂结构是连接机身和发动机的重要结构,承载发动机重量,传递推力,隔离发动机火区,因此发动机吊挂的强度、重量、可靠性和安全性对于飞机整体性能有重要影响。本文依据盒式梁式结构吊挂创建初始模型,进行拓扑—尺寸—形状两级三层轻量化设计,得到符合适航性要求且性能提升的全新结构形式,主要包括:(1)将传统盒式梁式吊挂进行设计区域填充,得到初始优化模型,采用变密度法(SIMP)进行两次拓扑优化,第一次拓扑优化确定吊挂的主体结构和主要拓扑关系,针对材料堆积且应力较小区域进行第二次拓扑优化,进一步去除多余材料。(2)拓扑优化只是概念性设计,需要采用尺寸优化和形状优化进行细节设计,优化整体壁厚尺寸,改善应力集中,改变孔洞形状,降低最大应力值,最终得到完整的结构优化模型,与传统盒式梁式结构吊挂相比重量减少,力学性能提升。对优化后的吊挂模型进行蒙特卡罗法可靠性分析,验证了两种危险工况下吊挂的静强度可靠性符合要求,证明本文优化方案的合理性。
张利国,王冠[8](2018)在《多工况下某太阳能无人机翼肋拓扑优化》文中认为翼肋作为太阳能无人机主要承力结构,具有结构轻薄、分布密集的特点。因此,在满足结构强度的同时,尽可能降低翼肋质量,对提高无人机性能具有重要意义。文中基于ABAQUS软件,对某型号无人机机翼的不同工况分别进行气动分析,根据气动载荷分别对无人机翼肋进行拓扑优化,然后基于拓扑结果设计一种可以同时满足不同工况下受力的翼肋结构。最后对设计的翼肋结构进行有限元分析,并与传统翼肋结构比较。结果表明,与传统翼肋结构相比,新结构在满足结构强度的同时质量大幅减轻,为太阳能无人机翼肋结构设计者提供一定的参考。
李英磊,曹宗杰[9](2018)在《飞机结构拓扑优化方法研究》文中研究说明介绍了拓扑优化方法在飞机结构设计中的应用背景,分析了均匀化拓扑优化法、变密度拓扑优化法、渐进结构拓扑优化法、变厚度拓扑优化法、独立连续映射拓扑优化法、水平集函数拓扑优化法等飞机结构的主要拓扑优化方法,同时分析了各种拓扑优化方法的特点。
董轶昊[10](2018)在《大展弦比无人机结构设计、强度分析及结构优化》文中进行了进一步梳理大展弦比无人机机翼广泛应用于中高空长航时无人机结构设计中,其工作环境和功能要求其在具有较薄的翼截面和质量限制的同时保证较高结构刚度和强度,这对结构设计和传力分析提出较高的要求。传统结构采用高强度金属材料制作,通过增加沿翼展方向布置的梁来提高总体刚度,通过螺栓和铆钉进行连接。为了降低机翼结构质量,提升机翼的刚度强度要求,本文从四个方面进行机翼结构设计和优化。首先,分析了大展弦比无人机机翼的外载荷及传力方式,通过经验法设计碳纤维材料的整机模型。其次,研究强度计算相关方法以及不同软件对计算方法的应用,分析非线性和复合材料研究方法,对主梁、连接部位关键位置进行有限元分析和实验对比,并进行整机在工作条件下的应力及变形分析。然后研究不同结构的优化方法及分析步骤,提出一种基于流固耦合分析的两步三次迭代的结构优化分析方法。最后,通过一次ANSYS拓扑优化分析,两次参数优化分析,得到能满足结构受力条件的最优结构布置形式,并于优化前模型进行对比。通过光敏树脂3D打印技术实现设计的缩比模型,进行静力加载试验,对比在试验条件下两种机翼的结构响应。通过传力分析、理论计算、仿真计算和优化设计,得到在质量降低的同时刚度和强度有所提高的机翼模型,并在试验阶段进行制造试验,试验结果再一次说明仿真结果的可信性。通过一轮设计及试验,提出一种新的大展弦比无人机结构布置方法。同时得到新的结构设计方法,并通过本设计证明方法是可行有效的,并且可以有效降低结构重量,提升性能。经过优化设计,结构质量降低4.7%,最大变形降低13.5%。
二、飞机加强框的一种结构拓扑优化设计方法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、飞机加强框的一种结构拓扑优化设计方法(论文提纲范文)
(1)面向大型复杂结构精细化设计的降维拓扑优化方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 大型复杂结构拓扑优化设计问题相关研究 |
1.2.1 飞机框结构拓扑优化研究现状 |
1.2.2 航空结构组件拓扑优化设计相关研究 |
1.3 子结构拓扑优化相关问题研究 |
1.4 本文主要工作 |
2 基于子结构的降维拓扑优化设计方法 |
2.1 引言 |
2.2 子结构静态凝聚理论 |
2.3 基于子结构的降维拓扑优化设计方法实现 |
2.3.1 问题描述 |
2.3.2 优化列式 |
2.3.3 方法流程 |
2.4 优化算例 |
2.4.1 算例1:悬臂梁 |
2.4.2 算例2:飞机纵向构件 |
2.5 小结 |
3 飞机机身中段加强框结构拓扑优化设计 |
3.1 引言 |
3.2 结构有限元模型建立 |
3.2.1 加强框有限元模型建立 |
3.2.2 周边结构有限元模型建立 |
3.2.3 参数设置 |
3.3 载荷设计与约束处理 |
3.3.1 载荷设计 |
3.3.2 约束处理 |
3.4 周边结构影响分析 |
3.5 考虑周边结构影响的加强框拓扑优化设计 |
3.5.1 考虑两端线约束的中框结构优化 |
3.5.2 考虑两端点约束的中框结构优化 |
3.5.3 边框(翼梁)结构拓扑优化 |
3.6 小结 |
4 基于子结构的复杂结构分区构型拓扑优化设计方法 |
4.1 引言 |
4.2 基于子结构的多区域拓扑优化问题描述 |
4.2.1 等效问题模型 |
4.2.2 参数设置 |
4.2.3 优化问题 |
4.3 基于子结构的分区构型拓扑优化方法 |
4.3.1 方法实现流程 |
4.3.2 分区构型拓扑优化设计 |
4.4 小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(2)铝合金轮毂结构轻量化设计关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 轮毂结构轻量化发展现状及难点分析 |
1.2.1 轮毂结构轻量化发展现状 |
1.2.2 轮毂结构设计难点分析 |
1.3 结构轻量化设计方法研究现状 |
1.3.1 结构优化设计研究现状 |
1.3.2 结构仿生设计研究现状 |
1.3.3 传力路径研究现状 |
1.4 轮毂疲劳寿命研究现状 |
1.5 课题来源与研究意义 |
1.6 本文的主要研究内容 |
第2章 轮毂典型工况分析及结构轻量化策略研究 |
2.1 引言 |
2.2 轮毂结构及加工工艺分析 |
2.3 轮毂典型试验工况及其仿真分析 |
2.3.1 弯曲疲劳试验 |
2.3.2 径向疲劳试验 |
2.3.3 13°冲击试验 |
2.3.4 径向冲击试验 |
2.4 轮毂结构轻量化策略 |
2.4.1 TRIZ理论 |
2.4.2 技术矛盾分析 |
2.4.3 发明原理分析 |
2.4.4 优化方案确定 |
2.5 本章小节 |
第3章 基于传力路径分析的轮辋截面形状优化 |
3.1 引言 |
3.2 轮辋截面载荷传递规律显式表达 |
3.2.1 建立轮辋截面等效模型 |
3.2.2 轮辋截面传力路径可视化 |
3.3 轮辋截面传力性能分析 |
3.3.1 传力性能评价策略 |
3.3.2 轮辋截面传力性能评价 |
3.3.3 轮辋截面承载性能评价 |
3.4 轮辋截面形状优化 |
3.5 优化结果分析及试验验证 |
3.5.1 新轮辋仿真分析 |
3.5.2 静压试验与分析 |
3.5.3 径向冲击试验 |
3.6 本章小节 |
第4章 考虑工艺约束的轮辋筋板布局仿生设计 |
4.1 引言 |
4.2 轮辋结构型式分析 |
4.3 轮辋面最小厚度研究 |
4.4 轮辋筋板仿生设计需求 |
4.5 生物原型选取及相似性评价 |
4.6 轮辋筋板布局仿生设计 |
4.6.1 类蜂窝轮辋 |
4.6.2 类分枝轮辋 |
4.6.3 混合仿生轮辋 |
4.7 轮辋筋板尺寸优化 |
4.8 本章小节 |
第5章 考虑车轮旋转特性的轮辐多工况拓扑优化 |
5.1 引言 |
5.2 轮辐数量与结构性能研究 |
5.2.1 铸造工艺对轮辐数量的影响分析 |
5.2.2 轮辐数量对轮毂性能的影响分析 |
5.3 轮辐多工况综合评价函数构建 |
5.3.1 轮辐多工况层次结构 |
5.3.2 拓扑优化综合评价函数 |
5.4 轮辐多工况拓扑优化 |
5.4.1 拓扑优化理论基础 |
5.4.2 建立轮辐包络体模型 |
5.4.3 弯曲疲劳工况四位置拓扑优化 |
5.4.4 径向疲劳工况四位置拓扑优化 |
5.4.5 联合拓扑优化 |
5.5 拓扑优化结果验证 |
5.6 本章小节 |
第6章 轻量化铝合金轮毂承载性能及疲劳寿命分析 |
6.1 引言 |
6.2 轻量化铝合金轮毂建模 |
6.3 轻量化轮毂承载性能分析 |
6.4 轮毂疲劳寿命预测理论模型构建 |
6.4.1 疲劳寿命预测思路 |
6.4.2 轮毂材料SN曲线 |
6.4.3 轮毂零件SN曲线 |
6.4.4 平均应力修正 |
6.4.5 疲劳寿命预测理论模型 |
6.4.6 理论模型试验验证 |
6.5 轻量化轮毂疲劳寿命分析 |
6.6 本章小节 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(3)面向制造全过程的航空整体加强框孔布局优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究意义 |
1.2 航空整体加强框加工、装配、检测现状 |
1.2.1 航空整体加强框加工现状 |
1.2.2 整体加强框装配、检测现状 |
1.3 航空整体加强框结构优化研究现状 |
1.4 课题研究背景及主要研究内容 |
1.4.1 课题研究背景 |
1.4.2 主要研究内容 |
1.5 本章小结 |
第二章 面向加工的航空整体加强框孔位布局优化 |
2.1 铣削仿真 |
2.1.1 航空整体加强框铣削加工 |
2.1.2 铣削力计算与加载方式 |
2.1.3 铣削路径规划 |
2.1.4 Ansys Workbench仿真设置 |
2.2 面向加工的航空整体加强框工艺孔位布局优化设计 |
2.2.1 面向制造的整体加强框孔分类 |
2.2.2 面向加工的辅定位孔优化设计 |
2.3 基于萤火虫算法的定位孔位布局优化 |
2.3.1 萤火虫算法的基本原理 |
2.3.2 基于有限元分析的优化模型 |
2.3.3 基于有限元分析的优化流程 |
2.4 本章小结 |
第三章 面向装配/检测的航空整体加强框孔位布局优化 |
3.1 装配定位工艺仿真 |
3.1.1 航空整体加强框装配定位工艺 |
3.1.2 基于几何法的装配定位工艺仿真 |
3.1.3 基于有限元法装配定位力学仿真 |
3.2 装配定位质量检测工艺仿真 |
3.2.1 航空整体加强框装配定位质量检测工艺 |
3.2.2 基于几何法的装配定位质量检测工艺仿真 |
3.3 面向装配/检测的航空整体加强框孔位布局优化 |
3.3.1 基于加权法的优化模型 |
3.3.2 优化流程 |
3.4 本章小结 |
第四章 面向制造全过程孔位布局优化工程验证 |
4.1 模型处理 |
4.1.1 航空整体加强框三维CAD模型处理 |
4.1.2 定位孔数选择 |
4.1.3 孔位可布置区域划分 |
4.1.4 铣削仿真参数 |
4.1.5 加权系数选取 |
4.2 优化结果分析 |
4.2.1 面向加工的孔位布局优化结果 |
4.2.2 面向制造全过程的孔位布局优劣评定 |
4.3 工程应用验证 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(4)基于轨道车辆充电机箱结构轻量化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 课题研究意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国内拓扑优化研究现状 |
1.3.2 国外拓扑优化研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
1.5 本章小结 |
2 结构优化设计理论 |
2.1 结构优化设计 |
2.1.1 结构优化设计模型 |
2.1.2 最优化设计数学模型 |
2.2 结构优化设计分类 |
2.3 结构优化算法 |
2.4 本章小结 |
3 构建机箱有限元模型 |
3.1 动车组充电机箱简介 |
3.2 机箱结构材料属性 |
3.3 单元选择 |
3.4 模型简化 |
3.4.1 机箱模型简化 |
3.4.2 焊接方式模拟 |
3.4.3 附件质量模拟 |
3.5 有限元模型的建立 |
3.6 本章小结 |
4 机箱结构有限元分析 |
4.1 机箱模态分析 |
4.1.1 模态理论推导分析 |
4.1.2 模态评定标准 |
4.1.3 机箱模态计算结果及分析 |
4.2 机箱结构静强度分析 |
4.2.1 建立机箱的静强度计算工况 |
4.2.2 机箱静强度评估的方法 |
4.2.3 静强度计算结果分析 |
4.2.4 建立机箱的疲劳强度计算工况 |
4.2.5 机箱疲劳强度评估的方法 |
4.2.6 疲劳强度计算结果分析 |
4.3 本章小结 |
5 充电机箱结构拓扑优化设计 |
5.1 Optistruct结构优化设计 |
5.2 双向渐进优化方法 |
5.2.1 构建结构优化函数 |
5.2.2 单元和节点灵敏度值计算 |
5.2.3 单元筛选方法 |
5.2.4 迭代过程中稳定性处理方法 |
5.2.5 单元优化准则和收敛准则 |
5.3 拓扑优化模型建立 |
5.4 拓扑优化结果分析 |
5.5 拓扑优化结果后处理 |
5.6 新结构性能校核 |
5.7 本章小结 |
6 总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学位成果 |
(5)拓扑优化减重设计中非设计空间尺寸寻优方法的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题背景及研究意义 |
1.2 拓扑优化技术国内外研究现状 |
1.2.1 拓扑优化理论研究现状 |
1.2.2 拓扑优化算法的研究现状 |
1.2.3 拓扑优化与3D打印技术在民机结构中的应用 |
1.3 Abaqus的二次开发与Python语言 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 非设计空间尺寸寻优方法的建立 |
2.1 建立包含非设计空间尺寸的SIMP模型 |
2.2 求解包含非设计空间尺寸的SIMP模型 |
2.3 最小体积比与最优非设计空间体积的计算 |
2.3.1 拉格朗日乘子的求解 |
2.3.2 最小体积比的计算方法 |
2.3.3 最优非设计空间体积计算方法 |
2.4 非设计空间尺寸寻优方法的建立 |
2.5 本章小结 |
第3章 非设计空间尺寸寻优方法的验证 |
3.1 基于Python语言的Abaqus软件二次开发 |
3.1.1 Python脚本实现非设计空间尺寸寻优方法 |
3.1.2 拓扑优化前的准备 |
3.1.3 拓扑优化结果的处理 |
3.2 实例验证 |
3.3 本章小结 |
第4章 参数分析与二次建模 |
4.1 伪密度阈值对最终结果的影响 |
4.2 体积比初值对最终结果的影响 |
4.3 网格尺寸对最终结果的影响 |
4.4 二次建模与仿真分析 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录 |
攻读学位期间的研究成果 |
致谢 |
(6)考虑钉载约束的连接结构拓扑优化设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 相关研究现状 |
1.2.1 结构优化设计 |
1.2.2 钉载与连接结构优化设计 |
1.2.3 考虑疲劳性能的结构优化设计 |
1.2.4 考虑几何非线性的结构优化设计 |
1.2.5 加强筋布局优化设计 |
1.3 研究内容及全文组织结构 |
第2章 连接结构中紧固件的钉载分析方法 |
2.1 工程估算法 |
2.2 紧固件的共节点法与刚性连接建模方法 |
2.3 紧固件的三维实体建模方法 |
2.3.1 预紧力/摩擦对钉载分布的影响 |
2.3.2 间隙对钉载分布的影响 |
2.4 紧固件的梁/弹簧单元建模方法 |
2.4.1 基于弹簧单元的钉载分析 |
2.4.2 基于梁单元的钉载分析 |
2.5 紧固件的组合单元建模方法 |
2.6 本章小结 |
第3章 考虑钉载约束的连接结构拓扑优化方法 |
3.1 考虑钉载约束的连接结构拓扑优化模型 |
3.2 拓扑优化算法 |
3.3 连接结构拓扑优化的灵敏度分析 |
3.3.1 钉载约束灵敏度 |
3.3.2 柔顺度与体积灵敏度 |
3.4 多约束凝聚方法 |
3.5 拓扑优化中的数值问题 |
3.6 数值算例 |
3.6.1 钉载约束下工字梁结构优化算例 |
3.6.2 钉载约束下加强框-翼梁结构优化算例 |
3.6.3 钉载约束下受均布压力盒式结构优化算例 |
3.7 基于3D打印的钉载约束连接结构实验验证分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 考虑疲劳性能的连接结构拓扑优化方法 |
4.1 结构疲劳寿命分析基础 |
4.1.1 多轴疲劳准则 |
4.1.2 疲劳寿命分析中紧固件建模 |
4.2 考虑疲劳性能与钉载约束问题的优化模型 |
4.3 疲劳性能灵敏度分析 |
4.4 数值算例 |
4.4.1 考虑疲劳性能的L型梁优化算例 |
4.4.2 考虑疲劳性能和钉载约束的工字梁腹板优化算例 |
4.4.3 考虑疲劳性能和钉载约束的舱体结构优化算例 |
4.5 本章小结 |
第5章 考虑几何非线性效应的连接结构拓扑优化方法 |
5.1 大变形问题的有限元法 |
5.1.1 几何非线性有限元列式 |
5.1.2 增量形式的完全拉格朗日法 |
5.1.3 切向刚度矩阵 |
5.2 考虑几何非线性效应的灵敏度分析 |
5.2.1 考虑几何非线性效应的柔顺度灵敏度分析 |
5.2.2 几何非线性效应下钉载约束的灵敏度分析 |
5.3 几何非线性机制下数值不稳定问题与超单元方法 |
5.4 数值算例 |
5.4.1 几何非线性效应下C型框架优化算例 |
5.4.2 几何非线性效应下悬臂梁优化算例 |
5.4.3 几何非线性效应下考虑钉载约束的细长工字梁优化算例 |
5.5 本章小结 |
第6章 考虑钉载约束下连接结构加强筋的布局优化方法 |
6.1 基于密度变量法的加强筋布局设计 |
6.2 灵敏度分析 |
6.2.1 柔顺度灵敏度 |
6.2.2 钉载约束灵敏度 |
6.3 数值算例 |
6.3.1 钉载约束下C型悬臂梁腹板加强筋优化算例 |
6.3.2 钉载约束下承受均布压力的板结构加强筋优化算例 |
6.3.3 钉载约束下飞机翼肋加强筋优化算例 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文总结 |
7.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
发表论文和参加科研情况说明 |
攻读博士学位期间发表的学术成果 |
攻读博士学位期间参加的科研工作 |
(7)飞机发动机吊挂的结构优化及可靠性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 结构优化在航空领域的应用 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 吊挂装置简介 |
1.5 研究内容及方法 |
1.6 学位论文框架 |
第2章 结构优化 |
2.1 有限元分析 |
2.2 结构优化技术 |
2.2.1 拓扑优化技术 |
2.2.2 尺寸优化 |
2.2.3 形状优化 |
2.3 飞机发动机吊挂结构优化流程 |
2.4 本章小结 |
第3章 飞机发动机吊挂的拓扑优化 |
3.1 发动机吊挂的有限元建模 |
3.1.1 几何模型 |
3.1.2 有限元模型 |
3.2 拓扑优化 |
3.2.1 拓扑优化参数定义 |
3.2.2 拓扑优化计算结果 |
3.3 二次拓扑优化 |
3.3.1 二次拓扑优化前处理 |
3.3.2 优化三要素设定 |
3.3.3 二次拓扑优化结果 |
3.4 本章小结 |
第4章 结构细节优化 |
4.1 尺寸优化 |
4.1.1 建立有限元模型 |
4.1.2 设置优化参数 |
4.1.3 尺寸优化结果 |
4.2 形状优化 |
4.2.1 设置形状优化参数 |
4.2.2 形状优化结果 |
4.3 本章总结 |
第5章 飞机发动机吊挂的可靠性研究 |
5.1 可靠性分析发展历程 |
5.1.1 国内外可靠性分析理论技术的发展 |
5.1.2 国内外可靠性分析软件 |
5.2 结构可靠度计算方法 |
5.2.1 结构可靠度功能函数 |
5.2.2 近似解析法—一次二阶矩法 |
5.2.3 随机模拟法—蒙特卡洛法 |
5.2.4 函数替代法—响应面法 |
5.3 飞机发动机吊挂可靠性及可靠性灵敏度分析 |
5.3.1 飞机发动机吊挂失效模式的确定 |
5.3.2 可靠性分析参数设定 |
5.3.3 结构可靠度计算及结果分析 |
5.3.4 结构可靠度灵敏度计算及结果分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文 |
(8)多工况下某太阳能无人机翼肋拓扑优化(论文提纲范文)
0 引言 |
1 翼肋优化 |
1.1 拓扑优化原理 |
1.2 气动载荷 |
1.3 翼肋拓扑优化 |
2 结果比较 |
3 结论 |
(9)飞机结构拓扑优化方法研究(论文提纲范文)
1 研究背景 |
2 拓扑优化分类 |
3 飞机结构拓扑优化主要方法 |
3.1 均匀化拓扑优化法 |
3.2 变密度拓扑优化法 |
3.3 渐进结构拓扑优化法 |
3.4 变厚度拓扑优化法 |
3.5 独立连续映射拓扑优化法 |
3.6 水平集函数拓扑优化法 |
4 拓扑优化方法特点 |
5 总结 |
(10)大展弦比无人机结构设计、强度分析及结构优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题依据及意义 |
1.2 大弦展比无人机研究现状 |
1.3 无人机机翼结构组成及设计 |
1.4 拓扑优化概述及发展与应用 |
1.4.1 拓扑优化方法 |
1.4.2 拓扑优化的发展 |
1.4.3 零部件级拓扑优化 |
1.4.4 装配件等级的优化 |
1.5 本文主要工作 |
1.6 小结 |
第2章 大展弦比无人机结构方案设计及传力分析 |
2.1 飞机的外载荷 |
2.1.1 飞机的运动方程 |
2.1.2 飞行过程严重受载情况 |
2.2 机翼结构传力与分析 |
2.2.1 机翼的分类 |
2.2.2 机翼的外载荷 |
2.2.3 机翼的传力 |
2.2.4 翼肋的布置方案 |
2.3 机身结构传力与分析 |
2.3.1 构架式机身 |
2.3.2 梁式机身 |
2.3.3 加强框架设计 |
2.4 总体结构设计方案 |
2.4.1 机身结构布置 |
2.4.2 机翼结构布置 |
第3章 大展弦比无人机机翼强度分析及校核 |
3.1 弹性力学的有限元法 |
3.1.1 单元及位移函数 |
3.1.2 单元刚度矩阵 |
3.1.3 结构有限元方程的集成 |
3.1.4 边界条件的引入 |
3.2 非线性问题分析方法 |
3.2.1 非线性分析方法 |
3.2.2 牛顿-拉夫森法 |
3.3 结构强度分析方法 |
3.3.1 结构破坏 |
3.3.2 结构变形 |
3.4 软件对比及选择 |
3.4.1 复合材料 |
3.4.2 问题说明 |
3.4.3 理论计算 |
3.4.4 Solid works分析模块 |
3.4.5 ANSYS分析模块 |
3.4.6 实验分析及对比 |
3.5 主翼连接件设计及校核 |
3.6 ANSYS整机强度分析 |
3.6.1 弹射起飞阶段 |
3.6.2 机动飞行阶段 |
第4章 飞机结构优化设计方法 |
4.1 结构优化设计方法 |
4.1.1 优化设计步骤 |
4.1.2 优化计算方法 |
4.1.3 二次规划法 |
4.1.4 多目标遗传算法 |
4.2 结构拓扑优化 |
4.3 拓扑优化分析步骤 |
4.3.1 拓扑优化的数学表达式及正则化 |
4.3.2 带惩罚因子的SIMP模型 |
4.3.3 拓扑优化的灵敏度 |
4.4 基于响应面优化的参数优化方法 |
第5章 大弦展比机翼结构优化设计 |
5.1 优化方法选择 |
5.2 机翼输入条件 |
5.2.1 建立内外流场域并划分网格 |
5.2.2 建立气动分析参数及CFD仿真 |
5.2.3 结果分析 |
5.2.4 气动力加载 |
5.3 机翼结构拓扑优化 |
5.3.1 优化计算 |
5.3.2 优化后模型建立及结果对比 |
5.4 第一次参数优化 |
5.4.1 模型建立 |
5.4.2 参数设置 |
5.4.3 结果计算 |
5.4.4 结果分析 |
5.5 第二次参数优化 |
5.5.1 主梁结构拓扑优化 |
5.5.2 优化模型输入及边界条件设置 |
5.5.3 计算对比 |
5.5.4 参数优化设置及计算 |
5.5.5 优化结果 |
5.6 实验及对比 |
5.7 结论 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作展望 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的论文与研究成果清单 |
致谢 |
四、飞机加强框的一种结构拓扑优化设计方法(论文参考文献)
- [1]面向大型复杂结构精细化设计的降维拓扑优化方法研究[D]. 麻耀辉. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]铝合金轮毂结构轻量化设计关键技术研究[D]. 王朝华. 燕山大学, 2021(01)
- [3]面向制造全过程的航空整体加强框孔布局优化研究[D]. 米娇鹏. 太原理工大学, 2020(07)
- [4]基于轨道车辆充电机箱结构轻量化研究[D]. 杜成龙. 青岛科技大学, 2020(01)
- [5]拓扑优化减重设计中非设计空间尺寸寻优方法的研究[D]. 孔子成. 哈尔滨理工大学, 2020(02)
- [6]考虑钉载约束的连接结构拓扑优化设计方法研究[D]. 侯杰. 西北工业大学, 2019(04)
- [7]飞机发动机吊挂的结构优化及可靠性分析[D]. 杨蕾. 沈阳航空航天大学, 2019(02)
- [8]多工况下某太阳能无人机翼肋拓扑优化[J]. 张利国,王冠. 机械工程师, 2018(09)
- [9]飞机结构拓扑优化方法研究[J]. 李英磊,曹宗杰. 机械制造, 2018(07)
- [10]大展弦比无人机结构设计、强度分析及结构优化[D]. 董轶昊. 北京理工大学, 2018(07)