飞机模态优化方法研究论文

纤维增强树脂基复合材料层合结构具有比强度高、比刚度大、阻尼特性好、疲劳寿命长、结构可设计性强等优点,在航空、航天及一些特殊领域中被广泛使用。然而,复合材料的各向异性,非均匀性等特点给复合材料结构的力学分析带来了一系列的挑战。尤其在航空航天领域,飞行器在运行过程中所处的环境和所受的载荷都非常复杂。除了考虑飞行器在这些复杂环境下的自振特性和确定性外载作用下的动力响应外,考虑随机性外载的影响也不容忽视。随机振动理论和方法就是处理这类问题的先进思想和重要手段,但在国内外航空航天领域中还很少实际应用,主要原因之一就是现有随机振动分析方法复杂而且低效,这在很大程度上限制了飞行器设计水平的提高。虚拟激励法是高效精确的随机振动分析方法,迄今已经在大跨度结构抗震、抗风,海洋平台和汽车随机振动等多个工程领域被数以百计的专家针对各工程领域的特点予以发展而取得很多实际成效。但是迄今为止,这一有力的工具却并未在航空航天领域被充分认识和应用,在这些具有战略意义的重要领域中,所应用的随机振动分析方法依然复杂低效,缺乏创新意识。本论文针对这一现状,依据航空航天领域材料和结构的复杂性,以及飞行器所处环境的复杂性,将虚拟激励法作了有针对性的发展,以完全自主版权的DDJ有限元程序系统为开发平台,完成了求解复合材料结构随机振动的高效精确分析程序。本论文中,着重对如下问题进行了研究:1.建立了基于Mindlin一阶剪切变形理论的复合材料层合板有限元分析模型,推导了层合板的有限元列式,在DDJ程序平台上对复合材料层合板的自振频率和模态进行了分析。将虚拟激励法引入到航空航天领域广泛使用的复合材料层合结构的随机振动分析中,针对复杂的复合材料结构有限元模型和非经典阻尼体系,发展了包含全部参振振型和随机激励点之间耦合项的随机振动高效求解方法,比较圆满地解决了传统计算方法精度差、效率低的应用障碍。2.本文推广虚拟激励法于敷设粘弹性阻尼层的复合材料层合结构的平稳和非平稳随机振动分析,建立了高效精确计算方法。尤其是综合考虑了粘弹性阻尼材料的性能参数随频率变化的特点以及复合材料层合结构本身的模态阻尼,建立了组合系统的非经典阻尼表达。为了解决随频率变化的非经典阻尼体系的平稳/非平稳随机响应,本文结合精细积分方法提出了一种直接解法,只需用原系统的实模态对虚拟激励法做出相应的发展,就可精确地求解频变阻尼系统的随机振动。据此对飞机水平尾翼的复合材料安定面结构进行了模拟研究,从精细的计算模型及合理的计算结果可以看出,本文所提出的方法对于这类相当复杂的复合材料结构的随机振动分析十分有效。3.研究飞机对大气紊流响应的主要方法是随机振动功率谱法。用高效、精确的分析方法计算不同飞行环境下飞机的响应,以预测飞机疲劳寿命和可靠度等是航空工程领域研究热点。本文在考虑了二维平面流中简谐振动平板产生的非定常力基础上,又按照虚拟激励法的特点同时考虑了竖向简谐风的影响,进而研究了复合材料二维机翼的大气紊流响应。随机激励谱选用了Dryden紊流频谱模型。结果表明,在处理二维机翼在大气紊流响应的随机问题中,基于简谐响应分析的虚拟激励法不但是精确算法,而且效率非常高,具有很大的实用优势。发展这一方法对于该领域的数值计算是很有价值的。4.计算流体动力学(CFD)是研究流体动力学的有力工具。本文为计算机翼颤振/抖阵分析中的气动参数,首次使用雷诺平均湍流模型对二维翼型截面的颤振导数进行了求解。基于等最新提出的CFD网格控制算法以及所建立的数值风洞,计算了结构简谐运动下的气动力,并识别了湍流场中NACA0012翼型的颤振导数。将由此得到的颤振导数和气动力应用到大气紊流引起的随机振动计算中,并将计算结果与基于Theodorsen函数得出的响应解析解进行比较,得到了相当满意的一致。本文计算的CFD气动参数充分考虑了气体的分子粘性和紊流粘性,其作用相当于附加阻尼,因此比Theodosen函数方法限制更少、应用范围更广,而且在此基础上还可以考虑三维流和可压缩性。因此本文实施的基于CFD的气动力计算方法具有广阔的应用前景,将成为应用虚拟激励法于航空航天结构时确定气动参数的有力工具。可以说,这一成功的尝试为随机振动方法更广泛地应用于航空航天工程走出了很重要的一步。

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机械工程技术作为工业领域中不可缺少的生产手段,其有着举足轻重的作用,而且其还是提升国家经济水平的重要工具。下文是我为大家蒐集整理的的内容，欢迎大家阅读参考! 篇1 浅谈机械装置自动化技术 摘要：机械装置在工业生产中占有很重要的地位，特别是难度高、危险、工作量大的工程都是需要机械装置的使用。文章首先对机械装置自动化技术进行了简单的概述，之后着重分析了其实践应用。 关键字：机械装置;自动化技术;实践运用 在工业经济的大背景下，自动化技术一直处于不断发展之中，自动化至今为止并没有一个准确的定义，因为其在相关技术的支援下不断革新，当前的自动化技术主要将计算机技术和人工智慧技术作为基础，通过计算机程式来模拟人的思维，用机械装置代替人类进行各项活动，当前机械装置自动化技术已经被广泛应用于各个领域中。 1机械装置自动化技术概述 总结来说机械装置自动化技术具备以下优点：首先，能够节省大量人力，机械装置自动化被应用以后，很多产业真正实现了批量生产，一个机床甚至一个车间只需要一个操控人员，生产效率大大提升;其次，机械装置在计算机系统的操控下能够精确完成各项动作指令，只要指挥没有失误，机械动作就不会出现失误，可以说装置技术水平比经验最丰富的生产师傅还要高，因此产品质量明显提升;最后，该项技术的应用能够排除一些不确定因素的干扰，大大提升生产速度，人们可以根据标准生产速度预计月、季度以及年生产量，而且随着技术的进一步发展，生产速度仍有上升空间[1]。 2机械装置自动化技术的实践运用 各类刀具的自动化应用 工业生产过程中离不开各类刀具，尤其是与金属加工相关的行业，切削过程中都要将刀具作为主要工具，机械装置自动化技术还不发达的年代，使用这些刀具时对人的依赖程度比较高，换刀以及走刀过程需要浪费很多时间，切削时还容易出现失误，随着机械装置自动化技术的发展，刀具的使用向着自动化的方向发展，普通机床以及自动机床在使用刀具时对人的依赖程度大大降低，工人们不再需要亲自动手完成选刀、换刀以及走刀等一些列过程，这些刀具会根据计算机程式自动完成这些动作，不仅节省时间，且不容易出现失误，技术人员只需要在操控室里观察整个过程，如果出现偏差直接在电脑中调整引数即可，既便捷又安全。 运用于机械加工中 机械装置自动化技术在机械加工中的应用非常普遍，比较典型的就是自动化加工装置，自动化加工装置主要有两种型别，一种是全自动化，其能够完全实现回圈自动化加工，同时装卸工件的过程也完全实现自动化，另一种是半自动化，只能做到前半部分，装卸工件过程需要依靠人工，加工过程自动化可以代替人们绝大多数的体力劳动，甚至可以代替一部分脑力劳动。例如当前大多数机械加工过程所使用的都是数控机床，对加工过程进行自动化控制，能够按照人们的要求批量加工出各类零件，实现流水作业。 运用于计算机辅助设计与工艺中 计算机辅助制造包含很多内容，需要计算机辅助设计提供帮助，从广义的角度来说，设计内容包括所有与物流相关事项，从狭义的角度来说，是指生产装备间的活动，我们可以将其理解为数控程式设计，无论是广义的角度理解还是从狭义的角度理解，设计中都要将机械装置自动化技术作为根本依据。而在一些辅助工艺的设计中，人们可以根据实际需要对工艺流程进行优化，提升程式设计效率的同时，还能提升技术的精准度。而无论是设计过程还是在生产过程，都涉及到大量与生产过程有关的资料，将这些资料集中在一起进行统一管理，包括生产物料资讯、生产工艺流程、年度生产计划、成本控制计划以及产品订单资讯等，这些资讯共同构成了生产过程的资讯流，资讯流的自动化管理实际上就是对整个产品生产周期的管理。 运用于物流供输中 机械制造中有一个非常重要的环节就是物流供输，只有物流供输过程顺利进行，生产过程所需要的物料才能被及时运送到装置处或者是仓储处，机械生产过程才能持续下去。物流供输过程的自动化，就是在生产系统中输入物料名称，系统就会根据流程判断出该物料应该输送到何处，并作出输送指令，输送机械就会根据指令完成输送动作。物流供输系统中包括以下几项内容：其一是单机供料装置，该装置中包括五种机器，分别用于存料、隔料、上料以及输料，另外其中还包括一组定位装置，用来判断物料输送的具 *** 置;其二为连续输送装置，其中包括带式、棍式以及链式输送系统，还包括很多传送带，除此之外还有一个特殊的装置叫做返回装置，如果由于输入错误或者是指令错误导致物料运输失误，就可以启动该装置将物料运回;其三为运输小车，对于一些特殊物料就需要使用运输小车运输，例如钢厂会使用有轨小车运煤，使用悬挂车运输钢卷等;其四是工业机器人，由于位置特殊其他装置无法将物料输送到时，工业机器人就能发挥作用;其五的储存装置，其中包括中央刀库以及自动化立体仓库。 应用于装配过程中 工业生产除了加工以外还有一个重要的过程就是转配，就是将加工好的零件按照技术要求组合在一起，形成基础部件或套件，最终装配成完整的产品，机械装置自动化技术最初发展起来的时候人们都将重点放在加工环节，而装配环节主要依靠人工，大量技术工人由加工环节向装配环节转移，但是实践表明人工装配无论如何也满足不了实际需求，于是人们开始研究自动化装配。零件装配质量会对产品质量产生直接影响，从技术角度来说，装配过程要比加工过程更加复杂，因为其不属于完全的流水化生产过程，需要自动化装配系统具有一定的判断力，能够自动判断出连线处或者是接触处是否符合标准要求，连线的是否牢靠等，这就需要人工智慧技术提供支援，使自动装配系统能够模仿人脑思维。 应用于检测过程中 检测是所有工业生产过程中必须可少的环节，能够及时发现零件或者成品中存在的问题，避免一些不合格产品流入市场，例如汽车制造业就会对每一个零件进行检测，确认尺寸、材料等所有特性都符合标准要求以后才可以进行装配，同样装配完成以后仍旧要对装配情况进行检测，随着加工和装配过程的自动化，人工检测已经不能满足生产要求，各类自动化识别技术应运而生，例如，在对切削刀具的磨损情况进行检查时，就可以将电流讯号作为依据，也可以根据人工神经网路做出判断，自动化技术的应用大大提升了检测效率，也提升了检测结果的准确性。 机械装置自动化技术具有悠久的历史，在工业经济的发展中具有不可替代的作用，到目前为止其仍旧处于进一步发展中，在计算机技术以及人工智慧技术越来越发达的今天，机械装置自动化技术仍旧有非常大的发展空间。 参考文献 [1]黄学俊.自动化技术在机械装置制造中的应用[J].中国高新技术企业,2015,111330:60-61. 篇2 浅析机械结构优化设计的应用与展望 一、机械结构优化设计的关键技术与理论 机械结构优化设计中有许多的关键技术与理论，它们对机械结构优化设计的发展和应用起著十分重要的作用。归结起来，其中的主要关键技术与理论有以下几个方面： 机械结构优化设计的思想和理论;优化方法;建模技术;结构分析技术;结构重分析技术;敏度分析技术;软体开发技术。机械结构优化设计的研究与开发主要集中在这几个方面，不断有新的理论、方法与技术出现，也有一些其他学科的相关知识和新理论被引入结构优化设计，并且大大拓宽了该方法的应用领域和范围，为机械结构优化设计的发展注入了新的活力。 二、机械结构优化设计的应用 1.航空航天 航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力，大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发，而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位，机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。目前，结构优化设计的大量研究集中在航空航天领域，同时也发表了大量的研究论文和研究报告。国内进行了有关飞机机身、飞机翼面、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机轮盘、机身承力框架等结构优化设计方面的研究，发表了许多论文。而在国外，有关结构优化设计在航空航天工业中应用的研究更是层出不穷，发表了大量的研究报告和论文，一些著名的结构优化设计专家学者都在从事该领域的研究等。我国的航空航天工业已经取得了巨大的成功，其中机械结构优化设计应用是其重要的因素之一，而且必将成为越来越大的角色之一，为我国航海空航天事业的发展做出很大的贡献。 2.船舶工业 船舶结构优化设计方法的研究相对起步较晚，我国开始研究船舶结构优化设计比国外晚了近十年。但是，我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果，在潜艇结构、中小型集装箱结构、油船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究，提高了相关研究物件的效能，为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。 3.通用机械和机床 通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域，把有限元技术与优化技术结合起来，机械结构优化设计对大型复杂机械结构件的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构，结构分析非常复杂，进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出，发表了大量的研究论文和报告，陈立周、孙焕纯等根据机械设计中离散设计变数较多的情况，提出了离散设计变数结构优化设计方法;孙靖民、米成秋对机床床身等部件进行了结构优化设计;赒济等研究了圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计;钟毅芳、唐增宝等进行了液力传动系和双级齿轮减速器的结构优化设计研究;方宗德等完成了斜齿轮三维修形的优化设计;秦东晨、方刚等完成了复杂箱形梁的结构优化设计研究等。通过这些研究工作的开展，通用机械和机床的设计有了一种快速、有效、可靠的设计方法，提高机械产品的设计水平。 4.汽车工业 汽车工业是一个不断创新、发展的重要行业，各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此，先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用，国内外出现了大量的研究成果。冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结构优化设计;田振中研究了特种汽车车身的结构优化设计;冯国胜对汽车车架的结构优化设计进行了研究;章一鸣等研究了汽车悬挂系统的优化设计;上官文斌等进行了发动机悬置系统的优化设计;秦东晨等对汽车车身进行了结构优化设计等。汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。 三、机械结构优化设计的展望 结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。 拓扑优化、材料优化和形状优化的整合在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。拓扑优化研究中提出的均匀化方法等，可以将材料选择，布局优化和形状优化整合一体，为并行地设计材料、工艺和结构提供科学的手段，有关方法的研究，实用化软体开发及应用是有意义的。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。 动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。 结构优化技术在工程设计中的进一步推广应用仍具实用价值，要解决优化设计的有限元模型的庞大性，解决结构优化与多学科设计问题交叉问题。对于机构、结构和机械装置的可靠性与健壮性是大型工业装备设计时十分关心的问题，综合考虑可靠度，健壮性及成本的全效能优化设计理论、方法及其应用，将给出更为接近实际的结果，应予重视。在这类问题的研究中，对包括模糊性和随机性的不确定因素应予注意。为促进优化设计为工程实际服务，进一步开展实用性，通用性的结构化设计软体的开发和完善工作也是十分迫切的。