摘要：Additive Manufacturing(AM) processing has attracted wide attention due to its advantages, e.g., rapid prototyping and free design. In aeronautic and astronautic engineering, it is especially attractive to apply AM processing, especially Selective Laser Melting(SLM), into primary structures that always occupy most of the whole mass of aircraft or spacecraft. In this paper, an innovative lattice sandwich structure that is suitable to be manufactured with SLM is adopted to design the typical cylinder under axial compression. Firstly, the mechanical properties of pyramidal lattice are investigated, and the bearing capacity of the lattice sandwich cylinder is given analytically for each failure mode. Secondly, a composite cylinder is re-designed in the form of lattice sandwich structure, which sizes are ultimately obtained through optimization. Finally, finite element model of the innovative cylinder is established and several kinds of imperfection are introduced to simulate the defects caused by SLM. Numerical result shows that the lattice sandwich design can obviously enhance the bearing capacity of cylindrical shell even though the original one is designed with composite material. In other words, SLM has great potential in improving the primary structure of spacecraft in the future.

摘要：增材制造工艺的出现使得轴向变截面点阵结构设计成为可能,变截面点阵的刚度、强度和稳定性等力学行为研究具有重要的工程意义.假定杆件横截面沿轴向呈双曲线或椭圆型变化,积分推导变截面对于杆件刚度产生的影响,在平衡方程中进行参数变换,推导出变截面对于杆件失稳特征值的解析解.通过对比发现,双曲线截面杆件在刚度、稳定性方面较等截面杆并无优势.但当参数ξ=0.906时,椭圆型截面变化设计可使杆件失稳特征值提高31.8%.最终,将椭圆型截面杆件应用于实际的金字塔、Kagome点阵设计,并引入了特征值算法和弧长法以证实解析解的正确性.弧长法用于计算含几何缺陷的点阵胞元后屈曲行为.解析解、特征值算法与弧长法（缺陷0.01mm）均表明,与等截面杆件相比,椭圆型截面杆分别可以提高承载能力31.5%、31.4%和29.0%.Kagome点阵可以得到相同结果.此外,当缺陷增加到0.1mm时,杆件的弯曲会使得胞元承载能力降低,但椭圆型截面杆的优势仍然存在.研究结果可以为高性能变截面点阵的设计提供理论基础.

摘要：为揭示点阵材料在航空航天工程中的应用潜力,对承受面内压缩载荷点阵夹芯板的力学行为进行了研究。基于夹芯板整体欧拉失稳、剪切失稳、格间局部失稳、跨格局部失稳和应力破坏多种理论失效模式,引入面板厚度、厚度方向的点阵层数、点阵杆件长度、截面尺寸、倾斜度、胞元长细比等优化变量,推导了点阵夹芯板的最小质量优化设计方法。同时利用激光选取熔融(SLM)增材制造工艺生产了点阵夹芯板试验件。随后,采用有限元方法对试验结果进行了仿真分析,两者误差在10%以内,证实了数值方法的准确性。最终对初始设计和优化设计方案进行了数值分析,发现优化方案在保持相同承载力的条件下,实现结构减重16.6%,验证了优化设计方法的有效性。同时,试验与仿真的一致性有力地证明了增材制造工艺在点阵夹芯结构制造方面的可行性。

摘要：梯度加筋板结构以其优异性能广泛应用于航空航天、汽车和交通等领域。针对梯度板的渐变结构导致均匀化及两尺度优化设计计算量过大及效率过低的问题,本文采用机器学习方法搭建以微结构变形参数为输入、等效刚度系数为输出的人工神经网络,实现等效刚度的高效预测。在优化过程中,本文引入表征单胞变形的单元设计变量,实现梯度板局部变形的显式控制,并引入映射函数节点设计变量,保证优化过程中单胞的局部变形与映射函数一致,方便两尺度优化结果解耦。数值算例验证了本文方法的有效性和正确性。

摘要：复合材料管件在使用时需与接头粘接,粘接的强度常常决定了整个管件的承载能力。本文首先用有限元方法分析了记忆合金箍环对复合材料圆管接头承拉能力的影响,再通过两组轴拉静力试验测试了记忆合金箍环对复合材料圆管拉伸强度的影响程度。试验结果表明记忆合金箍环能提高复合材料圆管接头拉伸强度10.1%,能较好地提高连接性能,这与有限元分析结果相符,分析及试验结果对复合材料管件设计改进有指导作用。

摘要：针对中国高速列车运营时速已接近380km/h,高速列车技术已完成消化吸收并进入国产原创阶段的状况,综述高速铁路设计中CAE分析技术的应用、高速列车计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析的3大任务以及高速列车空气动力学CAE分析技术的方向等,总结CAE在高速列车气动分析方面的任务和方向.阐明CAE分析已成为新一代高速列车设计和结构分析的核心技术,空气动力学CAE分析技术则占据设计分析的核心地位.

摘要：航天器推进平台轻量化设计是提升航天器任务效率和优化系统性能的重要突破口。目前,通用推进平台的贮箱极少参与推进平台承载,推进平台需要通过辅助承力构件将贮箱载荷传递至主结构,降低了推进平台的承载效率。为此提出了一种主结构与贮箱共承力的推进平台构型,新研表面张力贮箱通过嵌入安装的方式安装在承力筒侧壁,并通过对承力筒主结构开展变刚度设计,实现对贮箱承载量级的合理控制。以某卫星型号的研制需求为例,基于Nastran软件对其推进平台的结构设计参数进行了优化设计,并开展仿真分析和试验验证。研究结果表明,主结构与贮箱共承力推进平台力学性能与通用推进平台相当,但推进平台干重占比可降至13.6%,可有效提升推进平台的整体效率。研究结果可作为大型航天器推进平台设计参考。

摘要：伴随着运载火箭大型化与重型化的趋势,结构优化技术在火箭轻量化设计中扮演着越来越重要的角色,同时更高精度的试验、测试以及更高置信度的分析评估需求也日益凸显。本文首先对运载火箭结构轻量化设计方法进行概述;然后针对几种典型密封类与非密封类结构优化案例及新型运载火箭结构中的不确定性优化方法进行了重点介绍,并对优化结果进行了试验验证;最后对亟待解决的技术问题与未来结构优化技术发展趋势进行了梳理与展望。