面向结构静力试验监测的高精度数字孪生方法

试验验证和数值仿真是评估结构强度的两种典型方法,然而基于离散传感器的试验验证方法难以保证结构应力监测覆盖度,数值仿真方法又因为对物理实体的简化和理想化处理而导致应力结果精度不足,如何综合利用两种强度评估方法的优势并进行数据融合以实现结构应力场监测是一个具有挑战性的问题。提出一种面向结构静力试验监测的数字孪生（DT-SSTM）方法,可获得高精度的结构静力试验数字孪生模型,以实现结构应力场的实时监测与强度评估。DT-SSTM方法包括离线、在线2个阶段。离线阶段,采用梯度提升树（GBDT）算法对仿真数据进行训练,建立预训练模型。在线阶段,基于集成学习理论,采用Stacking算法对试验数据响应值与预训练模型响应值之间的残差进行训练并建立残差模型。通过叠加预训练模型与残差模型实现多源数据融合,建立高精度的数字孪生模型。最后,开展了开口矩形壁板轴向拉伸试验来验证DT-SSTM方法的有效性。结果表明,DT-SSTM方法能够建立高精度的结构静力试验数字孪生模型,且相比同类数据融合方法具有更高的全局、局部预测精度以及融合效率,为结构应力场实时监测提供了一种新颖的解决方案。     

某型民用运输机主起落架连接区结构静力试验

飞机静力试验是飞机试验的重要内容之一,是验证飞机结构强度和静力分析正确性的重要手段。为验证某型民用运输机主起落架连接区结构满足静强度要求,以及有限元计算分析的正确性,在静力试验飞机上进行了主起落架连接区结构静力试验。通过全机有限元模型和细节有限元模型分析计算,进行加载、应力\应变、位移试验数据与有限元计算值的分析对比,计算值与试验数据符合较好。     

铝合金结构腐蚀疲劳裂纹扩展与剩余强度研究

 在3.5%NaCl腐蚀溶液环境下对含中心孔LY12 CZ铝合金紧固件的疲劳裂纹扩展进行了试验研究，得到3种不同频率下紧固件的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线。试验结果说明，随着频率的增加，腐蚀疲劳裂纹扩展速率逐渐降低，腐蚀溶液中疲劳裂纹扩展速率比在空气中大。以试验数据为基础，结合裂纹扩展分析软件AFGROW，提出一种可以用数值方法模拟腐蚀疲劳裂纹扩展的方法，模拟结果和试验结果符合较好。对紧固孔试验件利用2种失效模式进行了剩余强度分析，得到腐蚀环境下紧固孔结构的剩余强度曲线。     

试验有限元建模和模型修改

 CATAS系统是用于全尺寸结构静力试验与分析的大型综合系统,目的之一就是为保证有限元分析和工程细节分析结果和试验测量结果的一致性和可靠性。对设计厂、所提供的强度校核的有限元模型如何修改后建立用于试验分析的有限元模型进行了论述。     

层压复合材料连接接头设计及其在大飞机中的应用研究

 复合材料主承力接头的设计制造技术对拓宽复合材料在飞机结构上的应用范围,进一步减轻结构重量、提高疲劳性能和降低制造成本具有重要工程使用价值和发展应用前景。开展了平面环绕型层压板式复合材料承力接头的设计、分析与试验研究工作。提出了工程设计方案,通过理论推导,建立了环形接头危险部位的强度解析表达式并预测了具体接头设计的承载能力,同时完成了平面环绕型层压板复合材料接头的静力试验,试验结果与理论预测吻合良好。     

复杂系统平均剩余寿命综合评估方法

 针对工程中广泛关注的平均剩余寿命问题， 首先利用信仰推断给出单个设备可靠度的置信分布， 包括指数分布、 威布尔分布和对数正态分布； 然后基于组成系统的设备试验信息， 结合系统的组成结构， 给出系统可靠度的置信分布， 接着根据可靠度和平均剩余寿命之间的关系， 建立复杂系统平均剩余寿命综合评估模型并给出具体的评估算法。 对于在设备试验中经常出现的右删失等不完全数据， 给出了将不完全数据虚拟成等效的完全数据的转化方法。 最后， 通过模拟研究和实例验证， 结果表明本文的方法较为精确， 能够满足工程的实际需求。     

重载四旋翼无人机结构优化设计与强度计算

多旋翼无人机结构设计是无人机研制的重要环节,结构优化设计方法是保证无人机安全飞行、提高无人机性能的关键。根据重载四旋翼无人机性能要求,设计一款最大有效载荷10kg、可折叠、质量轻、强度高的四旋翼无人机。建立无人机结构有限元模型,基于实际工况对机臂及中心板进行静力及屈曲分析;对机臂及中心板的铺层方案进行优化,校核结构强度、刚度和稳定性;并搭建无人机静力测试平台,完成重载四旋翼无人机结构静力加载试验。结果表明:相对结构初始铺层方案,机臂减重43%,中心板减重35%,全机结构累计减重560g;试验测点的应变值与分析值相对误差小于15%,验证了无人机有限元模型和优化设计方案的可靠性。     

金属丝网-油液介质耦合减振器动态特性试验与建模研究

 基于电子信息设备振冲防护中抗大冲击并兼顾衰减振动要求,通过巧妙地结合金属丝网阻尼元件和油阻尼介质及橡胶元件和金属弹性元件设计了结构微小的原理试验样机;该样机适合航空应用;样机的多参数匹配试验研究表明该耦合减振器具有强非线性动态特征,在此基础上结合理论分析形成复合建模方法建立了原理样机非线性动态特性模型,该建模方法直接引入结构参数,为直接设计具体的器件建立了理论基础;研究表明该耦合减振器性能优越并具有良好的设计可控性,建模方法可以应用于其它减振器件研究和设计。     

火焰筒局部蠕变屈曲分析方法

准确考虑火焰筒温度场和应力场的"局部"特性,提出"局部蠕变屈曲"概念,并给出一套局部蠕变屈曲分析方法.基于Hoff理论建立蠕变屈曲理论模型,结合理论和试验数据验证有限元方法处理蠕变屈曲问题的可行性.考虑蠕变屈曲失稳要素,结合静力结果确定蠕变屈曲危险部位,将子模型技术引入非线性/热弹塑性/蠕变有限元程序中,结合曲率极大点判据,确定危险部位蠕变屈曲临界时间.方法将改善传统方法中的平均温度、平均压应力和平面应变假设,提高了计算精度.      

航空发动机组态建模技术研究

基于组态的方法设计了航空发动机部件模型库、仿真实时数据库以及前台组态系统和后台运行管理系统,构建航空发动机组态建模平台,并在此平台上实现了多种结构发动机模型的稳态仿真和瞬态仿真,其结果达到了一定精度,验证了航空发动机组态建模技术的可用性.      

在MSC.PATRAN中机翼有限元模型加载模块的二次开发

介绍了使用PCL语言对强度计算软件MSC.PATRAN进行二次开发程序编制的方法,以及开发机翼有限元模型加载模块的过程,为在MSC.PATRAN中增加计算模块提供了方法和思路。该计算模块已应用于具体型号的强度设计分析中。     

飞机液压管路支撑的有限元建模方式对应力分析的影响

在飞机典型液压导管不同构型和负载模式下,做了应力试验测量,得到应力试验的数据,并在有限元环境MSC.PATRAN中,针对导管的不同构型建立有限元分析模型,对每种构型下支架与卡箍采用八种不同的简化方式,得到仿真结果。然后将不同简化方式的仿真结果与试验结果作对比分析,考虑不同因素(如支架刚度、卡箍橡胶刚度、导管与橡胶间的摩擦与滑动等)对分析结果的影响,找到了在工程上简单易行,精度上可以接受的支撑简化方法。     

电动通用飞机复合材料结构设计及验证技术

为了设计和制造出重量轻、工艺简单且经济实惠的电动通用飞机,提出了一种新型的复合材料结构设计和验证方法。对飞机的载荷传递进行了理论分析,采用CATIA对飞机结构进行建模,并使用PATRAN/NASTRAN进行了强度计算,根据计算结果,优化了复合材料铺层设计,采用二维图纸的形式快速完成发图。对所采用复合材料的组件和整机进行了一系列的力学试验验证,形成了一套适合轻型飞机的结构快速试验验证方法。根据不同类型零部件的特点采用不同的制造工艺,使生产成本和周期得到有效控制。设计结果、试验数据的有效性和工艺质量的可靠性已经在锐翔RX1E电动双座飞机上得到了证实,该飞机的各项性能满足设计指标要求。     

多学科优化技术在空间结构锁可靠性设计分析中的应用

 多领域协同建模仿真是复杂产品虚拟样机设计分析需要解决的关键技术问题之一。利用CAD/CAE工具搭建的空间结构锁多柔体虚拟样机模型,综合考虑了强度、动力学、空间环境影响等因素,在协同设计分析和协同建模仿真的基础上,开展了基于可靠性的多学科协同设计分析。并深入讨论了协同建模仿真实现中的数据综合、过程综合等关键技术。通过多学科协同设计分析和建模仿真,找到了空间结构锁的可靠性薄弱环节,并结合多学科优化技术,实现了空间对接锁基于可靠性的设计优化,进一步提出了通用的复杂机电系统基于可靠性的多学科设计优化方案,并开发了能协同三维建模工具（如PROE）,有限元分析工具（如MSCPATRAN,NASTRAN,ANSYS）和动力学分析工具（如MSCADAMS）进行复杂机电系统可靠性分析的通用工具平台ARAMS。     

基于MSC.Patran/Nastran的复合材料层合板稳定性优化

建立了基于MSC.Patran/Nastran的PCL二次开发优化系统。优化分两级,第一级采用直接搜索法和正交试验法相结合优化分层厚度;第二级利用遗传算法优化铺层顺序,最终获得最佳铺层。经算例验证,该方法原理简单,易于实现,具有很强的实用性和通用性。     

应用PCL开发温度场分析前后置处理系统

针对“飞机结构三维温度场有限元分析程序（ASTSA）”,为了解决热阻单元的模型建立问题．提出对两接触面分别定义为主从壳元,在转换程序中实现热阻单元的设想。同时,对流单元、辐射单元应用MSC.Patran的壳单元来模拟并给出单元标志以区别于热传导壳单元;规定时间函数曲线在载荷窗体输入,单元死活、内部热生成等在材料参数窗体中输入;云图显示以MSC．Patran提供的模板格式形成。应用PCL为ASTSA开发了完整的前后置处理系统,为ASTSA的推广应用提供技术支持。     

计算机模拟试验在矢量喷管研究中的应用

以UG和MSC／NASTRAN、MSC／PATRAN为软件平台，对中国燃气涡轮研究院提供的轴对称矢量喷管(AVEN)方案的运动机构进行了三维实体建模、运动仿真和有限元强度分析等方面的研究。通过运动学仿真模拟出了喷管的实际运动状态，分析了喷管机构运动的可行性和可控性，并对运动时各构件间的相互关系(如干涉、散度等)及运动极限状态进行了研究，得出了该运动机构的最大矢量角以及作动环偏转角与喷管矢量角之间的关系。同时利用有限元通用分析软件对关键零件进行了有限元强度校核，校核结果表明能满足强度设计的要求。     

飞机结构多钉连接有限元计算与分析

多钉连接是飞机零部件的常用连接方式,而飞机结构的破坏也多源于这些连接细节,确定各紧固件所传递载荷是连接件强度校核的关键。基于MSC．NASTRAN有限元分析软件,用四种简化模型计算分析单搭接多排钉连接结构的钉载分配,并对其进行对比研究。结果表明：采用cBAR／RBAR／cBusH组合单元模拟紧固件可准确计算钉载,适于飞机结构连接强度分析;与紧固件组钉载分配工程估算方法相比,采用该组合单元有限元方法可有效提高计算精度。     

民机试飞测试数据处理分析软件设计开发

测试数据是民机试飞过程中的最终产物,是反映飞机系统状态、表明适航符合性的重要依据。 随着大量先进航空总线在民机上的应用,测试数据的体量越发庞大、类型也更为复杂,为测试数据的处理和分析带来了巨大的挑战。 对民机试飞测试数据的类型、存储特点和常用分析方法进行了研究,深入分析了试飞测试数据的处理和分析需求,立足于 WPF( windows presentation foundation)平台,采用 MVVM(Model-View-ViewModel)设计模式,使用了内存管理、DataBinding 事件模型、反射等关键技术,集成了 SciChart、时序数据库等组件,设计开发了民机试飞测试数据处理分析软件。 软件实现了试飞测试数据的快速处理、分析及可视化,可完成多个数据文件的同时加载、进行 1 Hz ~ 16 kHz 不同采样率下数据分析结果的可视化展示,经实际应用,满足了某国产大型客机的试飞需求。