摘要：Thin-walled structures are commonly utilized in aerospace and aircraft structures,which are prone to buckling under axial compression and extremely sensitive to geometric *** decades of efforts,it still remains a challenging issue to accurately predict the lower-bound buckling load due to the impact of geometric *** to now,the lower-bound curve in NASA SP-8007 is still widely used as the design criterion of aerospace thin-walled structures,and this series of knockdown factors(KDF)has been proven to be overly conservative with the significant promotion of the manufacturing *** recent years,several new numerical and experimental methods for determining KDF have been established,which are systematically reviewed in this *** Worst Multiple Perturbation Load Approach(WMPLA)is one of the most representative methods to reduce the conservatism of traditional methods in a rational *** on an extensive collection of test data from 1990 to 2020,a new lower-bound curve is approximated to produce a series of improved *** is evident that these new KDFs have an overall improvement of 0.1-0.3 compared with NASA SP-8007,and the KDF predicted by the WMPLA is very close to the front of the new *** may provide some insight into future design guidelines of axially compressed cylindrical shells,which is promising for the lightweight design of large-diameter aerospace structures.

摘要：A concept of hierarchical stiffened shell is proposed in this study, aiming at reducing the imperfection sen- sitivity without adding additional weight. Hierarchical stiffened shell is composed of major stiffeners and minor stiff- eners, and the minor stiffeners are generally distributed between adjacent major stiffeners. For various types of geo- metric imperfections, e.g., eigenmode-shape imperfections, hierarchical stiffened shell shows significantly low imper- fection sensitivity compared to traditional stiffened shell. Furthermore, a surrogate-based optimization framework is proposed to search for the hierarchical optimum design. Then, two optimum designs based on two different opti- mization objectives （including the critical buckling load and the weighted sum of collapse loads of geometrically imperfect shells with small- and large-amplitude imperfections） are compared and discussed in detail. The illustrative example demonstrates the inherent superiority of hierarchical stiffened shells in resisting imperfections and the effectiveness of the proposed framework. Moreover, the decrease of imperfection sensitivity can finally be converted into a decrease of structural weight, which is particularly important in the development of large-diameter launch vehicles.

摘要：曲面加筋结构拓扑优化密度场结果,存在不连续、过小结构特征等问题,难以直接应用于后续精细设计及加工制造,而基于人工经验进行的特征提取及模型重构,存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题,提出了一种面向曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构方法。首先,针对曲面加筋拓扑优化结果,建立一种三维曲面空间与二维平面空间的映射关系,并基于正向网格映射实现曲面优化结果向平面优化结果的转换;然后,针对平面优化结果,基于图像形态学方法实现轮廓特征参数化提取,并采用样条曲线插值方式实现几何模型重构,获得平面优化结果参数化模型;最后,基于逆向映射网格映射方法,获得曲面优化结果参数化模型,实现曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构。基于所提出的方法,以承力筒、舱门及密封舱这3种典型曲面加筋结构为对象开展算例研究,并将重构结果与优化结果进行对比。结果表明,参数化重构模型的结构响应与拓扑优化结果误差在5%以内,表明提出的方法具有优异的重构精度。

摘要：综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法,聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结;针对薄壁结构,分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向;针对连接结构,总结了传力路径与区域应力调控两大类设计方法。此外,就轻量化结构的高精度实验方法与数字孪生模型等共性关键问题进行梳理,并展望了未来航空航天结构轻量化设计方法发展前景,为未来研究工作和装备研发提供参考。

摘要：通过拓扑优化得到的结构优化构型往往因存在内部封闭孔洞而导致难以满足工艺约束。为实现对拓扑优化结果的特定形状控制,面向空天装备中的轴对称结构,基于变密度法提出了一种双向密度分布函数。首先,通过将设计变量由每个单元的伪密度转化为双向密度分布函数的控制参数,拓扑优化过程中结构材料将沿特定方向变化,最终的伪密度场分布也将随着双向密度分布函数具体表达形式的不同而改变。然后,使用一种线性加权过滤方法对设计变量进行过滤以获得更加光滑的材料边界。进而,针对结构质量和最大von Mises应力响应,分别开展了二者对设计变量的敏度分析,并搭建了在质量约束下,结构最大von Mises应力最小化的拓扑优化框架。同时,为避免拓扑优化过早陷入局部最优解,在迭代过程中针对灰度单元控制参数和应力P-范数系数采用延拓更新的方式。最后,使用典型空天轴对称结构航空发动机轮盘开展算例验证,在满足质量约束的前提下,材料分布在优化过程中朝着应力最小化的方向逐步演化,得到的拓扑优化构型材料/孔洞界面清晰、应力分布均匀、材料利用率高,证明了所提方法的有效性。

摘要：航天结构优化中常面临设计空间复杂、非线性程度高等问题,基于高保真度模型优化耗时长,难以在紧迫的研发周期内完成优化设计。对此提出了一种基于多重保真度的复杂空间缩减与优化方法。首先,针对优化问题建立高、中、低保真度的分析模型;进而,在初始设计空间中采样并基于低、中保真度数据构建代理模型,基于模糊C均值方法聚类,得到初始缩减空间;然后,在初始缩减空间内采样高保真度样本点,基于中、高保真度数据构建代理模型;最终,开展优化并根据响应值最优样本点的位置移动缩减空间,优化迭代得到最优解。为验证所提方法的有效性,针对测试函数算例和多级加筋壳工程算例开展研究。结果表明,对于测试函数,所提方法优化得到的最优解和全局最优解的相对误差分别降低了68.4%和44.4%;对于工程算例,所提方法优化得到的极限承载力相对传统单、变保真度优化方法分别提高了9.0%和14.7%。同时,相比前期工作提出的变保真度静态缩减空间方法,在达到相同极限承载力水平时计算耗时降低了41.5%。综上所述,所提优化方法可充分利用多重保真度数据,对复杂耗时的航天结构工程优化问题具有优化效率高、全局寻优能力强等优势。

摘要：多级加筋壳结构作为一种新颖的航空航天薄壁结构,具有轻质、高承载的优势。由于其加筋结构复杂,导致基于高保真度模型的多级加筋壳后屈曲分析耗时较长,提高其后屈曲分析及优化效率对于多级加筋壳快速设计具有重要的意义。变保真度模型在复杂工程问题的设计与优化过程中得到了广泛的应用,其通过桥函数连接高保真度模型和低保真度模型,具有预测精度高和计算成本低的优点。首先建立了多级加筋壳结构的高保真度模型和低保真度模型,并基于高斯过程回归构建了多级加筋壳结构的变保真度模型,然后基于变保真度模型的最大均方根误差方法开展自适应加点。结果表明,在达到同样的较高预测精度水平时,基于提出方法构建的变保真度模型比直接采用高保真度模型构建的代理模型节约了60%的计算成本,表现出优异的效率优势。同时,还探讨了不同类型低保真度模型对于多级加筋壳结构变保真度模型预测精度的影响。分析结果表明,对于多级加筋壳承载力评估这类典型的后屈曲问题,建立可捕捉后屈曲特性的低保真度模型能有效提升变保真度模型的精度。

摘要：针对紧凑设计空间下曲面构件极致轻量化需求,提出一种数据驱动的曲面构件形状-拓扑协同优化方法,主要包括离线、在线和更新3个阶段。离线阶段中,首先通过拉丁超立方采样方法在设计空间内采样,并利用网格变形技术进行参数化建模,获得样本点对应的网格模型。然后对上述网格模型分别进行拓扑优化,获得优化后的应变能。基于上述步骤获得的样本数据,训练径向基函数代理模型,其中形状设计变量为输入,拓扑优化获得的应变能为输出。在线阶段中,将基于离线阶段获得的代理模型开展优化设计,采用协方差矩阵自适应进化策略来提高优化效率。更新阶段中,计算代理模型优化结果的真实响应,并将其加入样本数据集进行代理模型更新。最后,通过简支梁和航天器舱门算例开展算法验证。结果表明相比针对固定形状获得的拓扑优化结果,提出方法优化获得的应变能结果分别降低了20.08%和37.93%,表明提出方法具有更优的设计能力。

摘要：针对不确定性环境下的发电竞争市场参数设计问题,提出采用云模型拓展和描述市场需求长期增长率的模糊性,并基于发电容量动态仿真原理,对于需求增长率云模型中的各个云滴进行发电容量增长趋势模拟仿真,然后从可靠性和经济性的角度采用不同指标对仿真结果进行云模型展示和分析。算例表明该方法可以在不确定性环境下,充分考虑各种市场情形的影响作用,对发电竞争参数设计的若干备择方案进行对比分析,并为市场参数设计提供参考。

摘要：为了提高航空航天复杂薄壁结构频响分析效率及减振优化效率,提出了一种基于全局POD降阶模型的高效减振优化方法。离线阶段,通过CV-Voronoi序列采样方法增加样本构型,其相比于传统直接采样方法能够自适应确定加点数目,并且全局精度更高,进而结合POD技术进行减缩基矩阵更新,构建面向优化设计空间的全局减缩基矩阵,实现对结构刚度阵、质量阵、阻尼阵的模型降阶,形成全局POD降阶模型。在线阶段,采用全局POD降阶模型替代全阶模型进行快速频响分析以提升分析效率,进而采用基于代理模型的高效全局优化方法开展减振优化设计,进一步提升优化效率。通过开展圆柱壳及S弯曲面加筋壳减振优化算例研究,验证了提出方法具有模型降阶精度高、寻优高效等优势。