Simulation and verification of machining deformation for composite materials

Prepreg properties including cure kinetics, cure shrinkage, and coefficient of thermal expansion were analyzed. A simulation method based on ＂element birth and death＂ method of Finite element analysis （FEA） was presented to simulate the cutting process and predict the machining deformation for composite laminates and stiffened panels. The comparisons between the simulation results and experimental data showed good agreement. It is found that residual stresses are the main source of machining deformation for composites and machining deformation is expected to happen only if there are stress gradients along the machining direction. There is no machining deformation for composite laminates due to its uniform stresses distribution in plane, while machining deformation can be observed obviously for T-shape stiffened composite panels. Attention should be paid to machining deformation to avoid the mismatch during assembly.     

复合材料壁板热颤振的有限元分析

壁板颤振是发生在高速飞行器上的一种典型的超音速气动弹性现象。在超音速飞行器的设计中，由于气动加热效应相当剧烈，考虑热效应的壁板颤振问题成为一个不可忽视的气动弹性问题。文中采用von Karman大变形应变一位移关系、气动叻活塞理论以及准定常热应力理论建立了考虑热效应的复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型。使用计及壁板横向剪切效应的三结点三角形Mindlin板单元(MIN3单元)推导出考虑热效应的颤振有限元方程，并给出了在频域和时域求解其颤振方程的方法。分别对一个矩形复合材料壁板和梯形复合材料壁板，计算出壁板的颤振边界并分析了温度对壁板颤振边界的影响规律。     

复合材料格栅加筋板的分层扩展特性

采用有限元方法对低速冲击后蒙皮内含有不同分层形式的复合材料格栅加筋(AGS)板的分层扩展行为进行了数值模拟。采用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并以总能量释放率准则作为分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,分别研究了在压缩载荷作用下,蒙皮内具有圆形和椭圆形分层的复合材料格栅加筋板的分层扩展过程。数值研究结果表明:分层深度的变化导致了AGS的分层扩展特性十分复杂,它与分层深度、初始分层尺寸、蒙皮和肋骨的刚度比、后屈曲变形模式等因素都密切相关。本文结论对AGS的承载能力预测及优化设计具有一定的参考价值。     

带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯性能

将传统复合墙板平板层改为带肋层,优化截面的混凝土配置,从而降低复合墙板自重,在墙板两侧对称施加预应力筋,增强复合墙板的抗裂性能。为研究该混凝土复合墙板的抗弯性能,进行了3个试件在均布力作用下的抗弯试验,分析了该混凝土复合墙板的力学性能和变形模态。通过理论分析推导了该混凝土复合墙板的抗弯承载力计算公式,并采用ABAQUS软件进行了该混凝土复合墙板的对比模拟,并对肋板角度参数进行了模拟分析。结果表明：带肋预应力混凝土复合墙板与平板混凝土复合墙板存在近似的弯曲响应;带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯承载力与平板混凝土复合墙板相比有所下降,但降幅小于自重降幅;预应力的施加显著提高了混凝土复合墙板的承载力和抗裂性能;提出的混凝土复合墙板的承载力计算公式、有限元模型均与试验结果吻合较好。     

受压夹层板的失效模式分析及优化设计

以减轻重量为目标,以不出现各种失效模式为约束条件,应用序列二次规划法对受压夹层板的尺寸以及金属泡沫的相对密度进行了优化设计。考虑了剪切对屈曲的影响和金属泡沫弹性模量与相对密度之间的非线性关系,对金属泡沫和波纹夹层板的失效模式进行分析。同时设计两种截面形状,得到具有更高承载能力的夹层板。最后对各种截面形状夹层板的承载能力进行比较。结果表明:通过优化截面尺寸和金属泡沫的相对密度可以提高夹层板的承载能力;对于受压金属泡沫夹层板最优相对密度为0.03689;对于波纹夹层板更优的截面是改进后的帽形加筋板的截面。     

成本导向下基于遗传算法的曲面幕墙设计优化

针对目前建筑越来越多采用曲面幕墙而带来的高额建造成本问题，提出方案设计阶段优化与深化设计阶段优化相结合的两阶段复合优化方案，对曲面幕墙工程项目进行成本优化. 通过Rhino建立曲面幕墙参数化模型，利用Grasshopper逻辑运算器编写优化方案，实现控制参数生成的优化方案. 在方案设计阶段中，使用多目标遗传算法进行网格划分方案优化. 综合考虑面板类型占比与龙骨综合长度的平衡解集，选择满足工程需求的最优方案解，在深化设计阶段中使用单目标遗传算法，将双曲型面板优化为单曲型面板，降低双曲型面板数量的占比. 通过实际工程应用的分析可知，该复合优化方案在原始方案基础上的优化率为23.19%，现有只在单一阶段进行优化的方案优化率为16.20%，复合优化方案的优化率在现有的优化方案的基础上增加了6.99%. 研究结果表明，利用该研究方案，能够有效地降低曲面幕墙工程项目成本.     

基于动态模糊神经网络的产品成本估算

针对在产品方案设计阶段成本估算信息少且颗粒度大的问题，结合神经网络和模糊工程技术提出了动态模糊神经网络（DFNN），采用模糊推理的信息处理方法，在学习过程中隐层层数及维数根据规则不断变化，神经网络结构呈现动态.研究了动态模糊神经网络的学习过程、网络动态算法及模糊知识处理方法，建立了成本估算模型，并开发了基于动态模糊神经网络的成本估算软件，实现了利用产品方案设计信息自动进行成本估算.以挖掘机和液压油缸为例进行验证，结果表明该方法具有较强的信息处理能力，并提高了成本估算模型的柔性.     

加劲压力钢管结构优化设计

提出了改进加劲压力钢管设计的新思想,建立了加劲压力钢管结构优化设计的数学模型,介绍了约束非线性混合离散变量最优化方法的基本原理及其工程应用,研制了加劲压力钢管结构优化设计通用程序（ＯＳＤＰＲ）。结合工程实例,对加劲压力钢管进行优化设计,经济效益显著。     

基于信息熵免疫优化的制造服务开发策略

针对制造服务平台上制造服务组装的问题,提出基于软构件思想的制造服务开发模型.该模型从平台运营角度将制造服务分解为若干软构件,软构件以外包、联盟、自身3种方式开发.通过制定信息熵免疫算法策略,获得最优分配方案.在开发任务分配阶段采用Putnam模型估算软构件规模,为策略实施提供了数据保证,最后分析制造服务开发的任务分配过程.通过计算机辅助设计服务的软构件分配实例表明,信息熵免疫算法具有良好的适应性,取得较遗传算法更好的优化结果.     

基于STEP-NC的特征建模及工艺设计系统研究

为了提供描述产品整个生命周期信息的统一数据模型,实现整个制造过程中产品信息的标准化,解决实现基于STEP-NC的CAD/CAPP集成问题,分析了ISO14649-10的制造特征标准定义和STEP-NC的数据模型与数据结构,提出了制造特征自动生成和STEP-NC工艺规划的一种方法,生成了STEP-NC文件。本文采用UG6.0和VC#2005软件,实现零件的设计、工艺规划和STEP-NC文件生成一体化。在统一的数据模型基础上,用STEP-NC程序建立了产品信息,保证了数据信息的集成和共享,加快了计算机集成制造系统的发展.     

大型珠宝产品的虚拟制造研究

大型珠宝产品正式生产加工前都有一个试制过程,传统制造技术是通过多次实样模型试制来演示产品的结构和外观,该方法存在试制费用高、研制时间长、制造成本缺乏可预测性、经验是产品成功的关键因素等不足.针对上述问题,本文将虚拟设计虚拟制造方法引入大型珠宝制造中,运用UG软件构建大型珠宝产品的三维立体模型,通过计算贵金属体积和宝石镶嵌层表面积预测产品制造成本,解决了大型珠宝产品成本估算的难题.设计了实样模型与虚拟制造相结合的试制方案,实现预测产品的结构、外观效果、制造成本和可制造性,优化了试制过程,降低了制造成本,极大地提高了产前准备的效率.     

空间薄壁筋条加筋板应力强度因子的解析—有限元混合法

在铆钉力法的基础上提出了薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时计算加筋板应力强度因子的解析－有限元混合法。对含裂纹和不含裂纹空间薄壁筋条，分别建立了棱线横向位移不连续平板模型和修正的二力杆模型。分析和计算发现，空间薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时，加筋板应力强度因子的变化出现了一些新的规律。     

框架结构围护保温复合墙板研究的发展现状与分析

框架结构围护保温复合墙板是集围护、保温一体化的新型复合墙板,具有轻质、强度高、抗冲击性能高、热工和耐久性能好等特点,具有广泛的应用前景．本文对框架结构围护保温复合墙板进行介绍,对这种新型复合墙板研究的发展现状、发展方向、特性,以及应用予以综述,以期待框架结构围护保温复合墙板技术研究和应用得到进一步发展．     

基于有限元法的钢-砼连续组合梁截面优化设计

给出了钢-混凝土连续组合梁截面计算机辅助优化设计的有效方法,以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,提出了一种符合实际情况的钢-混凝土组合梁的剪力连接模式,建立钢-混凝土连续组合梁有限元分析模型、优化参数模型,优化数学模型,用ANSYS的参数化设计语言编制了分析文件和优化控制文件,经计算获得钢-混凝土连续组合梁的最优截面形式.该方法的优化效果显著,并且效率高,可广泛应用于钢-混凝土连续组合梁截面优化设计工程.     

高超音速飞行器表面板的非线性颤动(英)

在飞行器和宇宙飞船的设计过程中，表在板的空气动力颤动是个重要的值得深入考虑的问题．是近面世的纤维加强型复合材料已诮用在高超音速飞行器的表面板结构中．在空气动力压力和空气动力加热的综合作用下，这些表面板可以承受极其复杂的震颤运动．科技工作者为预测和研究这种颤动做了大量的工作．本文阐达了颤动问题的研究现状及发展方向．     

机械零件制造成本估算系统

机械零件制造成本是评价零件可制造性的 1个指标 ,对产品设计是 1种反馈 .通过产品制造成本的核算可以使设计人员在产品设计的早期阶段了解产品的制造成本 ,及时改进设计以降低成本 .准确、快速估算制造成本 ,不仅便于企业的生产活动的控制和管理 ,而且直接影响企业对市场的分析和产品数据的一致性 .与以往传统的核算方法不同 ,采用的基于特征的神经网络制造成本估算方法 ,避开了设计参数到成本参数之间复杂的非线形映射关系 ,实现了零件制造成本早期估算 .以回转类零件为例 ,对基于特征的神经网络成本估算方法进行了实例应用验证和分析 .     

活性污泥再曝气系统的优化设计

本文在污泥再曝气法数学模型的基础上,通过计算机对该系统以总费用最少为目标进行了优化设计,得到最佳控制参数。本设计适合污泥再曝气系统的优化设计,是一种既保证处理效率,又能获得最佳经济效果的有效设计方法.     

面向快速制造的硅橡胶模具计算机辅助设计研究

应用面向制造的设计方法开展了快速硅橡胶模具的计算机辅助设计研究 ,分析并协调了设计过程中的制造约束 ,优化了面向快速制造的硅橡胶模具的计算机辅助设计过程 ,并在实现了计算机辅助设计与计算机辅助工程的过程集成的基础上 ,研究了尺寸补偿、分型方向确定及分型面设计、脱模斜度选取、浇口设计等相关的若干关键技术     

Investigation of carbon fiber composite stiffened skin with vacuum assisted resin infusion/prepreg co-curing process

Co-cured vacuum assisted resin infusion process (co-VARI process), which combined vacuum assisted resin infusion (VARI) with prepreg vacuum bag only process (VBO), was adopted to fabricate T-shaped stiffened skin with non-crimp fabric (NCF) stiffener and prepreg skin. During compaction stage of co-VARI process, prepreg resin impregnated fiber fabric under elevated temperature and vacuum pressure. This phenomenon was characterized by fluorescent micrographs with different holding temperature and time. Its influences on processing quality and mechanical performance for co-VARI stiffened skin with different filler materials at triangular region were further analyzed by optical micrographs and pull-off test, respectively. The results show that increasing holding temperature and prolonging holding time can promote prepreg resin impregnation in fiber fabric. Moderate prepreg resin impregnation is favorable to reduce resin rich region and increase fiber volume fraction at prepreg-fabric interface. Moreover, prepreg resin impregnation effect plays significant roles on pull-off performance for co-VARI stiffened skin with fabric filler but has negligible influences on specimens with prepreg filler. In addition, compared with stiffened skin with fabric filler, superior processing quality and pull-off performances are achieved for co-VARI stiffened skin with prepreg core filler. These results are helpful to optimize processing procedures and fabricate composite structure by co-VARI process.     

加肋板式水室结构的有限元优化设计

利用ANSYS软件建立了加肋板式凝汽器水室的参数化模型，将有关结构参数变量指定为优化设计变量，以结构在已知工况下的应力和位移为状态变量，采用有限元数值方法，对加肋板式凝汽器水室进行了优化设计计算，得到了轻量化程度较高的设计参数，从而为实际生产设计部门进行优化结构、节省材料用量提供理论依据。