检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2025年第1期57卷 103-115页

作者：岳朋张建刚邱克鹏骆越西北工业大学机电学院陕西省空天结构技术重点实验室西安710072

弹性超材料是一种具有超常力学和声学性能的人工微结构,具备独特的带隙特性,通过对其带隙的动态调控设计,可以满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章基于深度学习开展弹性超材料带隙的逆向设计技术研究.首先,利用深... 详细信息

弹性超材料是一种具有超常力学和声学性能的人工微结构,具备独特的带隙特性,通过对其带隙的动态调控设计,可以满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章基于深度学习开展弹性超材料带隙的逆向设计技术研究.首先,利用深度学习模型在图像处理方面的优势,以像素图像的形式表示单胞结构并将其转换为像素数据,基于参数化曲线描述和膨胀函数运算生成样本构型,并结合两种方法的优缺点,快速生成大量具备带隙特征、多样性好的样本数据;其次,采用条件生成对抗网络进行弹性超材料结构逆向设计,将色散曲线作为样本条件,并利用PatchGAN判别器关注图像区域的误差细节,提升网络对图像细节的处理能力,同时引入新的误差评估标准,提高误差评估的精确度;最后,开展弹性超材料带隙的逆向设计,包括带隙的拓宽、生成和扩增等,通过数值计算得到逆向生成结构的频率响应曲线,结果显示逆向设计弹性超材料弹性波衰减范围与给定带隙区域吻合,验证了逆向设计技术的可靠性,为弹性超材料主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

关键词：弹性超材料带隙分析深度学习逆向设计误差评估

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增材制造点阵动力学性能的变截面梁修正方法

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航空工程进展 2024年第6期15卷 164-173页

作者：朱熙孟亮张靖王锦涛高彤朱继宏张卫红西北工业大学陕西省空天结构技术重点实验室西安710072

增材制造点阵结构在航空航天先进结构设计领域的应用日趋广泛,对大规模点阵结构静动力学性能的高精高效仿真分析提出了迫切需求。提出增材制造点阵结构变截面梁修正的仿真分析方法,依据3D打印点阵结构动力学响应,构建并求解变截面梁单... 详细信息

增材制造点阵结构在航空航天先进结构设计领域的应用日趋广泛,对大规模点阵结构静动力学性能的高精高效仿真分析提出了迫切需求。提出增材制造点阵结构变截面梁修正的仿真分析方法,依据3D打印点阵结构动力学响应,构建并求解变截面梁单元几何参数的反问题模型,针对不同杆径尺寸(直径1.00~2.00 mm)点阵结构,分别开展变截面梁参数的反问题标定;建立变截面梁几何参数随杆径变化的插值模型,并针对不同杆径尺寸点阵结构和梯度点阵开展变截面梁几何参数插值模型的有效性验证。结果表明:本文建立的增材制造点阵结构变截面梁单元仿真分析模型与基于实体单元的模型相比,同等精度下,动力学性能分析效率提升显著,有望为复杂梯度点阵结构的动力学优化设计提供高效准确的模型基础。

关键词：增材制造点阵结构变截面梁反问题求解动力学仿真

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航空航天装备的轻量化:挑战与未来

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航空学报 2024年第5期45卷 1-7页

作者：张卫红唐长红西北工业大学陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备... 详细信息

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备对综合性能和多功能需求的不断增加,现有的轻量化设计制造技术正面临着日益严峻的挑战。因此,本文重点探讨了航空航天装备研发的总体设计、机电系统设计、材料与结构、高性能制造与装配等主要环节,并分析了轻量化技术在未来的发展趋势。

关键词：航空航天装备轻量化设计与制造装备总体技术材料与结构技术高性能制造与装配

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跨域飞行器结构与变构型设计技术进展与挑战

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航空学报 2025年

作者：朱继宏韩嘉诚谷小军张亚辉王骏侯杰张卫红西北工业大学机电学院陕西省空天结构技术重点实验室西北工业大学无人系统技术研究院

跨域飞行器凭借“一机多能”和大空域、宽速域高效重复飞行的设计定位，在航空航天领域具有划时代意义，正在成为各国科技竞争的焦点之一。由于这一领域高度的前沿性和综合性，目前尚未形成实现大包线跨域飞行的明确技术路线，但是普遍... 详细信息

跨域飞行器凭借“一机多能”和大空域、宽速域高效重复飞行的设计定位，在航空航天领域具有划时代意义，正在成为各国科技竞争的焦点之一。由于这一领域高度的前沿性和综合性，目前尚未形成实现大包线跨域飞行的明确技术路线，但是普遍认同变构型是其中的关键技术与必要手段。以变构型为主线，从与之相关的飞行器基础构型、变体方式、变体结构优化与热防护四个方面论述了实现跨域飞行的概念性路线，分析了现有研究对跨域飞行器设计提供的技术铺垫和参考价值，并综述了各自的技术进展与挑战。首先，介绍了几种有应用潜力的基础构型，对比了其气动性能、容积率等方面的差异；其次，按照机翼和头锥部位变体分类，分析了不同方案的结构设计和气动影响；接着，从提高变体结构变形、承载与防热性能的角度，介绍了系统布局优化、构件拓扑优化与材料-结构多尺度优化和被动、主动热防护结构设计；最后，总结了目前跨域飞行器结构与变构型设计工作仍面临的挑战与难题，展望了相关研究在未来的发展方向。

关键词：跨域飞行器变构型结构优化轻量化热防护技术

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广义周期点阵结构的等效性能均匀化映射方法研究

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中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1036-1056页

作者：徐仕杰张卫红西北工业大学航宇材料结构一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心陕西省空天结构技术重点实验室西安710072

本文研究了广义周期点阵结构等效力学性能的均匀化计算问题,提出了计算等效弹性矩阵、等效热应力系数与热膨胀系数的均匀化映射方法,将广义周期均匀化问题映射转换为正方形单胞的经典周期均匀化问题,以此揭示了广义周期均匀化方法的内... 详细信息

本文研究了广义周期点阵结构等效力学性能的均匀化计算问题,提出了计算等效弹性矩阵、等效热应力系数与热膨胀系数的均匀化映射方法,将广义周期均匀化问题映射转换为正方形单胞的经典周期均匀化问题,以此揭示了广义周期均匀化方法的内在映射机理,阐明了广义周期均匀化等效性能的基本性质.该方法极大降低了计算求解与编程难度.通过典型数值算例,分析比较了广义周期均匀化映射方法、经典周期均匀化方法与精细尺度有限元方法计算结果的差异.结果表明所提出的映射方法普适性与有效性强,对于静力学、热力耦合问题及动力学固有频率问题均具有良好的计算精度.

关键词：广义周期点阵结构均匀化方法映射方法等效弹性矩阵等效热膨胀系数

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考虑动力学响应的天线座拓扑-自由尺寸协同优化设计

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机械工程学报 2024年第11期60卷 20-31页

作者：朱继宏张亦飞侯杰李祥吉张卫红陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072 西北工业大学航宇材料一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心西安710072

结构的动力学响应设计是复杂装备设计与制造过程中一个不可回避的问题。针对复杂舰载天线座结构的设计需求提出了考虑动力学响应的拓扑-自由尺寸协同优化设计方法。以加权频率最大化为目标函数,简谐激励下结构的应力幅值为约束,构建协... 详细信息

结构的动力学响应设计是复杂装备设计与制造过程中一个不可回避的问题。针对复杂舰载天线座结构的设计需求提出了考虑动力学响应的拓扑-自由尺寸协同优化设计方法。以加权频率最大化为目标函数,简谐激励下结构的应力幅值为约束,构建协同优化模型并推导目标函数以及约束函数的灵敏度信息。针对复杂天线座结构板壳实体混合模型,进行协同设计,由拓扑优化结果确定内部材料分布,自由尺寸优化结果确定壳体的大致厚度分布,并在考虑工艺性基础上进行精确尺寸设计。随后对优化模型进行重构并分析校核。采用协同优化方法能够有效减少设计过程中的反复迭代,提升设计效率。设计结果表明,该方法能够显著提升结构的固有频率,大幅降低最苛刻工况下结构最大应力、位移幅值,实现性能更为优异的天线座结构设计。

关键词：拓扑优化自由尺寸优化动力学响应加权频率天线座

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火星固体上升器最优推力条件及制导方法

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航空学报 2023年第17期44卷 230-245页

作者：张迁杨垣鑫唐硕岳向航许志西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计技术重点实验室西安710072

两级固体上升器是大型火星样本回收计划中的重要组成部分,针对固体火星上升器在样品返回任务中的最优动力设计与耗尽关机多约束制导问题开展研究,提出了一种解析-数值融合的入轨段优化方法,最优解析方法为固体动力的优化设计提供理论依... 详细信息

两级固体上升器是大型火星样本回收计划中的重要组成部分,针对固体火星上升器在样品返回任务中的最优动力设计与耗尽关机多约束制导问题开展研究,提出了一种解析-数值融合的入轨段优化方法,最优解析方法为固体动力的优化设计提供理论依据,数值优化方法在理论最优解邻近进一步解决实际飞行中面临的耗尽关机制导问题。首先,为了分析与优化固体上升器最大载荷质量下的动力参数,基于庞特里亚金极大值原理构建了推力矢量方向的最优控制问题,推导出最优动力参数的新的必要条件来消去协态乘子矢量,进而获得了最优控制量的解析表达式。然后,针对上升器在实际飞行条件下面临的参数偏差及不确定性干扰,提出了一种融合最优解析解序列的二次型数值优化方法,该方法通过高效反向递归敏感度矩阵在线快速迭代计算出飞行指令,控制火星上升器在耗尽关机方式下高精度进入预定目标轨道。最后,推力矢量方向的最优解析表达式,通过与GPOPS优化方法的对比与分析,验证了在必要条件下的最优性与正确性,并给出了火星上升器的最优动力方案。数值仿真结果表明:在配置的参数偏差及不确定性干扰下,火星上升器采用所提的解析-数值融合优化方法,能够在耗尽关机方式下实现高精度入轨任务,具有一定的理论意义和工程应用价值。

关键词：火星上升器最优动力设计最优控制解析方法实时数值优化方法耗尽关机制导解析-数值在线优化

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基于形状记忆合金声子晶体的带隙优化设计

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力学学报 2023年第6期55卷 1278-1287页

作者：邱克鹏陈智谋张建刚张卫红燕群孙向洋彭涛西北工业大学陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610092 中国飞机强度研究所航空声学与动强度航空科技重点实验室西安710065

声子晶体是一种具有声子带隙的周期性结构,通过对其带隙的动态调控设计,进而满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章在声子晶体的带隙设计中,引入智能材料,采用拓扑优化方法,开展多功能声子晶体带隙动态调控设计.首... 详细信息

声子晶体是一种具有声子带隙的周期性结构,通过对其带隙的动态调控设计,进而满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章在声子晶体的带隙设计中,引入智能材料,采用拓扑优化方法,开展多功能声子晶体带隙动态调控设计.首先采用有限元方法分析声子晶体的带隙性能,并建立形状记忆合金的温度本构关系模型;其次基于变密度法的拓扑优化方法,在满足特定体分比及强度约束、保证声子晶体单胞之间的连接性约束条件下,以相对带隙最大化为目标函数建立声子晶体带隙设计优化模型;最后根据改进的材料插值模型,分析求解设计灵敏度,采用移动渐进法开展多功能声子晶体带隙结构的拓扑优化设计.优化结果表明:在XY模式下形状记忆合金从马氏体转换到奥氏体带隙拓宽了103.9%,在Z模式下带宽增大了3.75倍.研究结果为声子晶体在复杂环境下实现更为主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

关键词：声子晶体形状记忆合金带隙调控拓扑优化灵敏度计算

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发动机外涵道机匣加筋布局轻量化设计

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航空学报 2024年第11期45卷 168-180页

作者：孟亮张靖王亚栋于洋张帆朱继宏张卫红陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072 西北工业大学航宇材料一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心西安710072 北京动力机械研究所北京100074

针对某型发动机外涵道机匣的极致轻量化设计需求,首先以结构刚度最大化为目标,开展了薄壁机匣结构复杂工况下的加筋布局拓扑优化设计;进一步考虑机匣服役工况下的屈曲稳定性要求,系统性研究了工程常见4种加筋构型与结构抗屈曲性能的关... 详细信息

针对某型发动机外涵道机匣的极致轻量化设计需求,首先以结构刚度最大化为目标,开展了薄壁机匣结构复杂工况下的加筋布局拓扑优化设计;进一步考虑机匣服役工况下的屈曲稳定性要求,系统性研究了工程常见4种加筋构型与结构抗屈曲性能的关联关系;最后,考虑制造工艺约束,建立了外涵道机匣的周期性加筋参数化模型,综合结构刚度、强度和稳定性要求,构建了基于加筋应力水平和结构抗屈曲性能等的综合优化设计目标,并开展了加筋尺寸优化设计。优化得到的外涵道机匣加筋设计方案较原始设计模型减重近40%,与1.3 mm等厚机匣相比,不仅满足结构刚度与强度设计要求,同时实现了结构外部压强临界屈曲载荷212.9%的提升,有效保障了发动机机匣严酷载荷工况下的服役稳定性。

关键词：外涵道机匣屈曲加筋设计参数化建模结构优化

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圆轨道任务火箭推力故障下的在线任务重构研究

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宇航学报 2025年第1期46卷 68-81页

作者：马宗占许志王传魁唐硕马英西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计技术重点实验室西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

为使圆轨道任务火箭在发生推力下降故障以至于无法完成原定任务的情况下尽可能利用剩余燃料进入降级轨道,针对两种新类型降级轨道提出了一种深度神经网络(DNN)与无损凸优化融合的任务重规划算法。首先通过对原非凸轨道规划问题进行等价... 详细信息

为使圆轨道任务火箭在发生推力下降故障以至于无法完成原定任务的情况下尽可能利用剩余燃料进入降级轨道,针对两种新类型降级轨道提出了一种深度神经网络(DNN)与无损凸优化融合的任务重规划算法。首先通过对原非凸轨道规划问题进行等价转换、对约束进行无损松弛和引入附加滑行段等方式,提出了一种将问题降维求解的两层优化算法,将原问题转化成无损凸化的内层问题和单变量优化的外层问题,从而保障收敛。然后引入DNN代替外层算法输出单变量,同时保留内层无损凸优化算法以避免对DNN输出精度的依赖,实现了以最小风险提升计算效率。数值仿真证明该融合算法不仅能保障精度与最优性,还有收敛快以及性能稳定的特点,具有较强的工程应用价值。

关键词：运载火箭圆轨道任务重构推力下降故障无损凸优化深度神经网络

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