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基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算方法

电子测量与仪器学报 2022年第4期36卷 1-8页

作者：刘佳玮于明鑫祝连庆夏嘉斌闫光梁生珺北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

针对传统的载荷标定方程计算机翼蒙皮载荷精度低的问题,提出了一种基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算新方法。考虑真实机翼蒙皮受力复杂,首先建立了机翼蒙皮试验件模型,使用Ansys仿真软件对试验件进行有限元分析,获得应变与载荷仿真数据,... 详细信息

针对传统的载荷标定方程计算机翼蒙皮载荷精度低的问题,提出了一种基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算新方法。考虑真实机翼蒙皮受力复杂,首先建立了机翼蒙皮试验件模型,使用Ansys仿真软件对试验件进行有限元分析,获得应变与载荷仿真数据,并对仿真数据进行数据清洗与预处理;其次,构建深度神经网络模型,将应变与载荷作为神经网络模型的输入与输出值,采用Adam算法优化提出的载荷计算模型;最后,在测试集上对载荷值进行预测,使用平均相对误差与绝对值差作为评价指标。实验结果显示,基于深度学习的载荷计算方法在小载荷数据上平均绝对误差为0.081 N,在正常载荷数据上的平均相对误差为0.0638%;与传统载荷计算方法比较,本文提出的新方法计算的载荷精度明显优于传统方法。

关键词：机翼蒙皮载荷计算深度学习应变载荷标定方程

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基于微分求积法的高超声速机翼蒙皮颤振研究

国防科技大学学报 2012年第2期34卷 141-144页

作者：钮耀斌王中伟毛佳张礼学国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

机翼蒙皮在高超声速气流中会发生颤振等气动弹性问题,破坏结构。引入微分求积方法,可以有效地分析机翼蒙皮的颤振问题。将机翼蒙皮等效成薄板,基于一阶活塞理论,根据克希霍夫假设及弹性理论建立蒙皮的气动弹性偏微分方程,采用微分求积... 详细信息

机翼蒙皮在高超声速气流中会发生颤振等气动弹性问题,破坏结构。引入微分求积方法,可以有效地分析机翼蒙皮的颤振问题。将机翼蒙皮等效成薄板,基于一阶活塞理论,根据克希霍夫假设及弹性理论建立蒙皮的气动弹性偏微分方程,采用微分求积法将偏微分方程离散为常微分方程,并根据频率重合理论对颤振问题进行求解。得到的颤振速度与有限元方法计算结果进行比较,误差为0.58%,验证了微分求积法在求解颤振偏微分方程时的有效性。分析了蒙皮面积、厚度、纵横比等不同参数对蒙皮颤振速度的影响。结果表明,颤振速度随蒙皮面积的增大而减小,随纵横比、厚度的增大而增大。

关键词：微分求积法气动弹性高超声速机翼蒙皮颤振

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基于V形沟槽的机翼蒙皮减阻特性仿真分析

沈阳航空航天大学学报 2023年第2期40卷 83-89页

作者：王巍黄茹周艾冯贺沈阳航空航天大学民用航空学院沈阳110136

为减少飞机飞行阻力、提高气动效率,基于微沟槽减阻理论,对机翼蒙皮进行微沟槽设计和减阻特性分析。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对不可压缩流下的纵、横向微沟槽进行模拟。选取k-ωSST湍流模型,通过分析V... 详细信息

为减少飞机飞行阻力、提高气动效率,基于微沟槽减阻理论,对机翼蒙皮进行微沟槽设计和减阻特性分析。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对不可压缩流下的纵、横向微沟槽进行模拟。选取k-ωSST湍流模型,通过分析V形沟槽边界层区域的流动特征,探究不同尺寸V形沟槽的减阻特性与减阻机理,对横向V形沟槽的数量与位置进行优化设计。仿真结果表明,随着沟槽尺寸和迎角减小,减阻率增大,纵向沟槽最大减阻率可达9.31%,横向沟槽减阻率最大可达7.35%,优化后的沟槽减阻率提高了1.39%。

关键词： V形沟槽机翼蒙皮 k-ωSST模型减阻机理仿真分析

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

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光学精密工程 2014年第12期22卷 3272-3279页

作者：丁玲孙辉贾宏光杨洪波中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约... 详细信息

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

关键词：机翼蒙皮复合材料蜂窝夹层铺层顺序优化遗传算法蔡-吴准则

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机翼蒙皮表面自动打磨机械系统的设计研究

机翼蒙皮表面自动打磨机械系统的设计研究

作者：曹颜楠河北工业大学

学位级别：硕士

机翼是飞机的重要组成部分之一,机翼的表面质量对飞机的飞行有着重要的影响,直接关系到飞机的使用寿命以及多方面力学性能。磨削加工作为机械加工中的一种精加工工艺方法,在机翼蒙皮的生产加工中发挥着重要的作用。当前我国飞机制造行... 详细信息

机翼是飞机的重要组成部分之一,机翼的表面质量对飞机的飞行有着重要的影响,直接关系到飞机的使用寿命以及多方面力学性能。磨削加工作为机械加工中的一种精加工工艺方法,在机翼蒙皮的生产加工中发挥着重要的作用。当前我国飞机制造行业对机翼蒙皮表面的打磨通常采用的是手工打磨方式,手工打磨不仅难以保证机翼蒙皮表面打磨的一致性,使材料去除不均匀,产生的废品率较高,而且生产效率比较低。除此之外,工人长期从事磨削加工作业,会吸入大量的粉尘,危害身体健康。论文以传统手工打磨机翼蒙皮表面的加工方式所存在的诸多弊端为出发点,设计一种机翼蒙皮表面自动打磨机械系统,来代替传统的手工打磨作业,提高机翼蒙皮表面的磨削加工质量和生产效率。论文主要研究内容如下:1.根据现有的手工打磨方式,对机器人自动磨削过程进行分析,初步确定机翼蒙皮表面自动打磨机械系统的整体设计方案及系统组成。通过建立机翼蒙皮表面材料的去除率模型,总结出了在实现机器人自动打磨作业时要对打磨工具与机翼蒙皮表面之间的接触力进行恒力控制的需求。2.对恒力装置进行结构设计。通过分析恒力装置所要实现的工作要求,确定其设计方案,并详述了其各部分组成、功能及工作方式。3.根据机翼蒙皮的特点设计一种柔性夹具,以离散点阵的方式拟合出机翼蒙皮薄壁件的形状,实现仿形装夹。确定柔性夹具系统中的定位/支撑单元分别在X、Y、Z三个方向上的传动方案,并对柔性夹具进行具体的结构设计。4.利用ANSYS有限元软件对柔性夹具系统中的定位/支撑单元进行静力学和模态仿真分析,对结构的强度及稳定性要求进行了验证。5.基于NURBS空间曲面薄壁件的多点定位理论,介绍了机翼蒙皮薄壁件的定位/支撑点的位置坐标的求解方法。利用ANSYS有限元软件对不同的均布定位/支撑方式下机翼蒙皮薄壁件的变形进行仿真分析,并结合遗传算法对柔性夹具定位/支撑单元的分布进行布局优化,减小打磨过程中机翼蒙皮薄壁件的变形,提高机翼表面的打磨质量。

关键词：自动打磨机翼蒙皮恒力装置柔性夹具仿真分析布局优化

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机翼蒙皮结构多部位损伤研究

机翼蒙皮结构多部位损伤研究

作者：王涛哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

广布疲劳损伤是指多个元件或者多个相似细节中存在大量的细小裂纹,这些细小裂纹在疲劳载荷的作用下发生连通,而引起结构的剩余强度不能继续承受载荷作用导致结构失效。广布疲劳损伤广泛存在于飞机蒙皮结构中,广布疲劳损伤的存在降低了... 详细信息

广布疲劳损伤是指多个元件或者多个相似细节中存在大量的细小裂纹,这些细小裂纹在疲劳载荷的作用下发生连通,而引起结构的剩余强度不能继续承受载荷作用导致结构失效。广布疲劳损伤广泛存在于飞机蒙皮结构中,广布疲劳损伤的存在降低了飞机蒙皮结构的承载能力,严重影响飞机的安全和寿命,尤其是老龄飞机。广布疲劳损伤分为多元件损伤和多部位损伤两种形式,本文主要研究广布疲劳损伤中的多部位损伤问题,基于机翼蒙皮结构和机翼蒙皮常用的2024铝合金材料,根据多部位损伤发生和发展过程研究多部位损伤发生的概率、多部位损伤内力再分配问题和多部位损伤的剩余强度。本文的研究对深入了解多部位损伤的形成及发展过程具有重要的参考价值,也为飞机结构的安全设计和寿命评估提供有力的参考依据,对我国的航空以及国防建设事业也具有重大的现实意义。在研究多部位损伤发生概率方面,首先给出多部位损伤发生的判定依据,然后在假设各个细节具有相同疲劳特征和产生裂纹随机独立性的条件下,根据概率断裂力学当量初始裂纹分布的理论和数理统计中的三参数威布尔分布建立了预测多细节结构发生多部位损伤概率的数学模型,具体建立了载荷循环次数和发生概率之间的函数关系。最后,通过2024铝合金薄板单细节和三细节的疲劳试验对模型的合理性进行验证。经验证,模型可以很好地预测多细节结构在一定载荷循环次数下发生多部位损伤的概率,但预测结果偏于保守。在研究多部位损伤内力再分配方面,首先对复杂的多部位损伤问题进行简化处理,根据某民机机翼蒙皮结构得到多部位损伤结构的两个基本简化模式,再运用Abaqus和Franc3d建立裂纹有限元模型研究两个基本多部位损伤结构的应力强度因子中结构综合修正因子,在得到结构综合修正因子中的组合修正因子和局部载荷再分配因子与主裂纹长度存在函数关系的结论后,通过这种函数关系研究了组合修正因子和局部载荷再分配因子与主裂纹长度的变化规律,间接研究了多部位损伤内力再分配的变化规律。得出一定载荷情况下,多部位损伤结构的内部载荷是不断进行分配的,分配的规律与结构形式和裂纹分布等因素有关等的结论。在多部位损伤剩余强度研究方面,首先根据前文对多部位损伤内力再分配问题研究的结论和试验标准设计了两类同细节不同裂纹分布的含有多部位损伤结构的试验件,试验件材料采用2024铝合金材料。通过两类多部位损伤结构试验件的剩余强度试验,讨论了净截面屈服计算方法、基于Swift连通准则的计算方法和线弹性条件下断裂力学的计算方法这三种常用的剩余强度计算方法在多部位损伤结构剩余强度计算方面的适用性。最后得出结论:同细节不同裂纹分布对多部位损伤结构剩余强度有影响,净截面屈服计算方法较其他两种计算方法更准确。

关键词：机翼蒙皮多部位损伤发生概率内力再分配剩余强度

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机翼蒙皮在破片和冲击波作用下的损伤研究

机翼蒙皮在破片和冲击波作用下的损伤研究

作者：董秋阳南京航空航天大学

学位级别：硕士

飞机战伤抢修是保证飞机持续作战能力最直接、最有效的途径。本文利用有限元软件LS-DYNA，建立了机翼蒙皮在破片和冲击波作用下的损伤模型，通过对计算结果的分析，得到了机翼蒙皮的损伤机理、损伤形式及损伤程度，将仿真结果与实弹打... 详细信息

飞机战伤抢修是保证飞机持续作战能力最直接、最有效的途径。本文利用有限元软件LS-DYNA，建立了机翼蒙皮在破片和冲击波作用下的损伤模型，通过对计算结果的分析，得到了机翼蒙皮的损伤机理、损伤形式及损伤程度，将仿真结果与实弹打击实验结果进行对比，结果表明二者基本吻合。本文主要对机翼蒙皮在破片和冲击波作用下的损伤进行了以下研究：1．分析了我国主战飞机机翼蒙皮的结构特点，针对不同结构形式的蒙皮建立了等效模型，并对破片和冲击波两种毁伤元的基本特征进行了研究;2．建立机翼蒙皮在典型离散杆破片作用下的损伤模型，通过对着角、攻角、等效模型破口尺寸、破片极限穿透速度、剩余速度及剩余质量等问题的分析，得到破片作用下机翼蒙皮的损伤形式和损伤程度;3．对爆炸产生的冲击波进行近似三角形载荷简化，建立机翼蒙皮在冲击波作用下的损伤模型，通过对等效模型变形过程、运动趋势、应力变化等问题的分析，得到冲击波作用下机翼蒙皮的损伤形式和损伤程度;4．对破片和冲击波复合作用的原因进行了分析，建立机翼蒙皮在复合作用下的损伤模型，通过对破片和冲击波作用先后顺序的分析，得到复合作用下机翼蒙皮的损伤形式和损伤程度。通过正交试验，研究了破片速度、冲击波峰值超压、正压区作用时间三个因素对复合作用损伤结果的影响规律。对破片和冲击波作用下机翼蒙皮损伤的研究，可为机翼蒙皮的战伤评估提供借鉴和参考，为制定抢修预案及实施抢修提供依据。

关键词：机翼蒙皮破片冲击波损伤 LS-DYNA

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复合材料机翼蒙皮自动铺带控制技术研究

复合材料机翼蒙皮自动铺带控制技术研究

作者：黄当明电子科技大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料自动铺放技术突破了大尺寸复合材料零件依赖手工成型的瓶颈,是欧美发达国家近几十年发展起来的一种先进复合材料部件数控加工技术,由初始的自动铺带技术经过不断改进发展成纤维丝束铺放技术(即自动铺丝技术),两者都采用... 详细信息

碳纤维复合材料自动铺放技术突破了大尺寸复合材料零件依赖手工成型的瓶颈,是欧美发达国家近几十年发展起来的一种先进复合材料部件数控加工技术,由初始的自动铺带技术经过不断改进发展成纤维丝束铺放技术(即自动铺丝技术),两者都采用固定宽度、浸有树脂的碳纤维预浸料带进行自动化铺叠,具有高效、高精度和高可靠性的优点,适用于民用或军用运输机、战斗机预警机等飞行器复合材料零件的制造,已成为欧美国家航天航空工业领域中大型复合材料构件典型制造工艺。飞机制造企业为了适应新技术发展应用和质量要求,在某型无人机机翼蒙皮制造中采用自动铺带技术代替工人手动铺叠,自动铺带技术依靠数控设备的自动运算,进行预浸料带的0°/90°/45°/-45°方向的铺叠和自动裁剪料片,整合了手工铺叠时运用自动下料机保证铺叠料片形状和激光投影保障铺叠角度正确两种设备功能,因此在自动铺带铺叠过程中,纤维铺放方向须满足零件铺层角度设计方向,预浸料铺叠须满足料片无褶皱、无架桥、纤维无断裂,预浸料铺放相邻料带间的间隙须满足间隙容差设计要求,如果对以上工艺制造技术研究不够,将影响自动铺带技术应用于实际飞机复合材料零件的工程制造。本论文将通过对自动铺带制造工艺技术研究,提供制造工艺技术控制标准,实现铺带制造控制方案的工程应用,本文的具体研究内容如下:1、自动铺带轨迹规划研究综合分析铺带间隙要求与轨迹规划原理,研究自动铺带轨迹算法自然路径的间隙容差问题,研究自动铺带轨迹规划中间隙分析方法;将间隙容差综合考虑至各种曲面铺带中,建立既满足铺带间隙要求,又满足自动铺放工艺中预浸料带无褶皱、无纤维撕裂的轨迹规划算法。2、自动铺带运动仿真技术研究为实现铺带风险预判,提高铺叠效率和铺带操作的安全性,自动铺带机在编制程序后,若没有程序运行和碰撞干涉软件仿真,初次新编程序在机床上运行,存在很大风险,程序运行质量稳定性较差。通过使用VERICUT软件自主开发运动仿真软件,优化程序控制,实现实时显示铺带图形功能,通过设置铺带机干涉检查项目对应的参数,实现机床运动仿真和干涉检查,可以有效地避免现场加工碰撞工装事故发生。3、自动铺带监控技术研究通过研究数控系统数据模块和加工信息模块,进行数据采集,搭建监控软件的架构。具体为自动铺带数控系统数据采集模块通过采集数控系统的各轴机床坐标、各轴当前工作坐标、加工速度、机床状态、故障情况等;加工信息采集模块则采集零件加工信息和材料信息;然后将该两个模块采集到的数据实时存入公司设定的远程数据库服务器中,专业厂的数字化生产线集成系统可以通过接口或者数据视图访问加工任务信息,实现自动铺带系统数控信息数据、加工任务信息的展示,以及铺带实时图形展示。4、自动铺带工艺制造控制技术研究通过对自动铺带预浸料、带隙控制能力、压辊压力、角度精度进行实验测试研究,设计和确定自动铺带工艺参数,实现自动铺带运动仿真技术、监控技术、工艺制造技术应用于飞机的复合材料机翼蒙皮的实际生产。基于自动铺带技术的复合材料机翼蒙皮自动铺带制造已经普及应用于飞机制造企业。本文根据理论研究的成果,构建了基于自动铺带控制技术进行复合材料机翼蒙皮制造系统,通过对机翼蒙皮零件的制造和无损检测,完全符合工艺检验要求,零件制造合格,行业内反响大,是一次成功复合材料制造技术转变和提升。在航空制造企业实施了完整的实践应用,解决了具体的问题,具有推广意义。

关键词：自动铺带技术测地线轨迹规划运动仿真远程监控机翼蒙皮

用于变体机翼的波纹式纤维增强复合材料蒙皮基体变形特性研究

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机械科学与技术 2011年第7期30卷 1047-1050页

作者：王帮峰牟常伟周春华南京航空航天大学民航学院南京210016

提出了一种圆弧波纹式纤维增强复合材料蒙皮结构,用以满足变体机翼蒙皮连续光滑大变形以及高承载能力的需要。建立了波纹式蒙皮基体结构拉伸变形力学模型并导出了蒙皮的等效弹性模量表达式。制备了平板型和波纹型复合材料蒙皮试验样件,... 详细信息

提出了一种圆弧波纹式纤维增强复合材料蒙皮结构,用以满足变体机翼蒙皮连续光滑大变形以及高承载能力的需要。建立了波纹式蒙皮基体结构拉伸变形力学模型并导出了蒙皮的等效弹性模量表达式。制备了平板型和波纹型复合材料蒙皮试验样件,并进行了样件拉伸试验。理论分析和实测结果表明,在弹性范围内,圆弧波纹型蒙皮基体结构具有远大平板蒙皮结构的拉伸变形能力。拉伸变形量与波纹数成正比,与比厚度的3次方成反比,而等效弹性模量近似地与比厚度的3次方成正比。实验结果证明了理论模型是有效可靠的。

关键词：变体机翼机翼蒙皮复合材料力学分析