摘要：针对概念设计阶段机翼设计需要大范围探索设计空间并进行气动结构一体化设计的需求,提出一种基于类别/形状变换函数(class-shape function transformation,CST)的三维机翼气动结构解析参数化建模与优化方法。在二维CST基础上,推导三维CST参数化几何模型的解析函数形式,通过网格自适应离散与结构特征提取技术建立了三维机翼的气动和结构解析参数化模型,能够同时支持包括机翼几何构型、结构布局、结构尺寸、材料属性等参数的气动结构一体化快速建模与优化求解,具备几何模型大范围参数化以及气动、结构模型的建模过程自动化能力。采用该方法对某大展弦比机翼开展气动结构一体化优化设计,对比固定结构布局优化方案,优化结果梁由2个减至1个,翼肋由20个减至15个,质量相比减少26.1%。

摘要：针对目前舰船总体设计过程中电气图纸设计自动化程度低、人力消耗大、易出错等问题,提出一种融合先验规则和深度学习、统筹布局和布线、可应用于工程实践的电气图纸自动化布局方法。首先,根据当前舰船电气原理图布局的拓扑特点,基于树状图拓扑结构提炼出典型的先验规则;其次,以电气连接关系为输入,自动化生成初步电气原理图;最后,采用奇异值分解方法提取连接关系特征,并使用深度神经网络对初步电气原理图参数进行优化。选取某型舰船的7张典型图纸开展应用验证,结果表明:①所提方法可在保证图纸连接关系正确的基础上,实现自动化电气设计布局布线任务,②在大样本的布线试验中,99.1%的图纸都能在10秒内完成布线。所提方法可以应用在所有连接关系为树状拓扑或可以转化为树状拓扑的电气布线任务中,实现电气图纸正确、快速、合理的自动化布线布局,有效提高电气布局布线工作中的自动化程度,进而提高舰船的总体设计能力和效率。

摘要：由于电磁轴承-转子系统的动力学特性与控制器的结构和参数密切相关,若要使系统安全、稳定及可靠地运行,控制器的设计尤为重要。针对电磁轴承-刚性转子系统,提出一种基于特征结构配置的动态补偿器的设计方法。首先,通过模态解耦,将平动和锥动运动相互耦合的四自由度电磁轴承-刚性转子系统解耦为2个单自由度平动子系统和2个单自由度锥动子系统。然后,基于特征结构配置,建立引入动态补偿器后的闭环系统的特征值和特征向量与补偿器参数之间的关系。之后,限定特征值的变化范围,以使系统具备稳定性和良好的动态性能,构造优化目标函数,以同时抑制转子系统的不平衡位移和不平衡控制电流,从而使系统具备所需的动力特性。最后,通过数值仿真和试验,验证所设计的动态补偿器的有效性。

摘要：浅窄航道中船舶水动力特性同时受到浅水效应和池壁效应的影响。论文以DTC标模为研究对象,基于STAR-CCM+黏流计算软件,采用RANS方法对有限水深中迎浪航行船舶的运动响应和波浪增阻特性开展数值模拟研究。在针对标模基准工况进行数值方法验证的基础上,分别开展与拖曳水池等宽度的浅窄航道和开阔浅水域中系列波长下的船模垂向运动响应和波浪增阻数值计算。结果表明,有限水深中低频段的运动和阻力非线性特性明显,波浪增阻主要来自压阻力增加;池壁对低频段运动一阶幅值的影响较大,使得波浪增阻系数关于遭遇频率的非线性关系明显增强,出现局部最大和最小值特性,但对运动和阻力高阶幅值的影响较小。

摘要：针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。

摘要：履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

摘要：随着多领域高端装备的快速升级与发展,迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计。然而,缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问题。因此,提出了一种新的无网格粒子方法——等几何粒子流体动力学方法(NURBS-based particle hydrodynamics,NBPH)。通过配置真伪粒子,基于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)基函数的插值构建粒子通讯,缓解了偏微分方程数值求解质量与分析域离散化程度之间的强耦合关系,提升了算法的计算效率。其次,将所提出的NBPH方法与固体各向同性材料惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法结合,搭建了一种新的无网格法拓扑优化框架——NBPH-topology Optimization,用于复杂热流场景的优化设计。根据体素分布构造了粒子流动阻力场,实现了流场与结构场的关联,通过求解连续伴随灵敏度,指导结构拓扑的连续演化。为了验证NBPH-TO框架的有效性和鲁棒性,研究了液冷和风冷两大典型散热场景,完成了优化设计与实验验证,结果表明该研究为复杂热流承载结构拓扑优化设计提供了可行的解决方案和有效的数值工具。

摘要：针对典型复合材料结构固化成型过程中变形难以控制的问题,本文对典型复合材料结构的固化变形进行仿真预测,从固化工艺和模具补偿两方面对固化变形加以控制和验证。固化工艺方面以各设计点变形数据为基础确定了最优固化工艺曲线,模具补偿方面提出了一种构件有限元模型自适应调整的方法,综合考虑固化工艺参数与模具型面补偿采用了一种基于全局补偿量的协同控制方法。结果表明,通过仿真模拟L形构件的固化变形误差为12.4%,借助响应面优化算法得到的L形构件最优固化工艺曲线其固化变形预测值与各试验设计点最大变形的最小值偏差不超过3.3%;T形加筋壁板有限元模型经自适应调整后,对于下表面与目标型面之间的偏差距离,数值模拟值与试验测量值的最大相对误差为17.20%。通过全局补偿量的协同控制方法对半筒形壁板的模具进行补偿,其固化变形最大值相比于传统单一模具型面补偿控制方法降低了接近90%。

摘要：γ-TiAl合金是一种极具应用潜力的金属间化合物材料,采用所设计的Ti-15.6Zr-11.0Cu-9.8Ni(质量分数,%)钎料对其进行钎焊,分析接头组织形貌及元素分布,测试接头微区的显微硬度及接头强度,得出Al元素向界面发生扩散成为界面形成的主要驱动力;钎料元素Zr、Cu和Ni主要集中在近邻界面中心的部位。归因于晶粒组织粗大及硬度较高的网格状组织,钎焊断裂发生在界面中心部位。尽管界面靠近基体一侧出现了连续的Ti3Al相,但其塑性较好且硬度适中,因此有利于基体与界面之间力的传递和接头韧性。对接接头抗拉强度在室温下达到517 MPa,强度系数0.816。

摘要：本文旨在为运力共享情境下的高铁快运提供货物搭载解决方案,实现高铁运力资源的充分利用.引入“路径”以刻画快运需求与快运服务车次的复杂关系,考虑车次载重、快运服务产品时限要求、站点工作能力等约束,构建运力共享模式下的高铁快运货物搭载决策模型.为求解大规模案例,以遗传算法为框架,基于快运服务产品、需求起讫点和车次优先级对搭载方案的影响,设计多装载规则遗传算法.以西成高铁为案例,利用Gurobi求解器证实模型正确.通过对比不同算法的求解表现,发现设计的3条装载规则合理,多装载规则遗传算法性能优越.敏感度分析结果表明,适当增加站点工作能力能够提高总利润;快运需求规模较小时,基于运力共享的快运组织模式比货运专列模式的适用性好.