本文關(guān)鍵詞：機(jī)背油箱振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 機(jī)背油箱 有限元方法 共振疲勞 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 遺傳算法

【摘要】：飛機(jī)結(jié)構(gòu)在飛行中始終處于振動(dòng)環(huán)境中,機(jī)背油箱這種金屬薄壁結(jié)構(gòu)更容易激發(fā)出共振,以致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振疲勞,對(duì)飛行安全構(gòu)成重大威脅。本文以金屬薄壁結(jié)構(gòu)的機(jī)背油箱為研究對(duì)象,根據(jù)模態(tài)分析、疲勞分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論,運(yùn)用有限元分析和Matlab數(shù)值求解技術(shù),對(duì)處于共振環(huán)境中的機(jī)背油箱進(jìn)行疲勞和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。主要工作如下:利用MSC.Patran建立了機(jī)背油箱的有限元模型,通過虛擬質(zhì)量法模擬機(jī)背油箱中流體和油箱薄壁結(jié)構(gòu)之間的耦合效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,利用Nastran分別對(duì)空油箱和有油油箱進(jìn)行了模態(tài)分析和頻響分析,為后續(xù)疲勞分析做好準(zhǔn)備。其次,確定了材料的S-N曲線和油箱振動(dòng)環(huán)境載荷譜,借助MSC.Fatigue平臺(tái),根據(jù)Miner線性累積損傷準(zhǔn)則和Dirlik寬帶隨機(jī)疲勞壽命分析法完成了空油箱和有油油箱的振動(dòng)疲勞壽命估算,獲得了機(jī)背油箱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)疲勞時(shí)的危險(xiǎn)點(diǎn)及其危險(xiǎn)點(diǎn)處的壽命,對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析評(píng)估。最后,通過機(jī)背油箱參數(shù)化建模,以機(jī)背油箱各個(gè)面的厚度作為優(yōu)化變量,以機(jī)背油箱的壁厚和固有頻率作為約束,結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo),基于遺傳算法并結(jié)合Matlab-Patran-Nastran聯(lián)合仿真,對(duì)機(jī)背油箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明,以油箱質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo),使得油箱的各階固有頻率遠(yuǎn)離共振頻帶,避免了共振疲勞的發(fā)生。本文的研究結(jié)果表明,利用有限元方法能夠?qū)C(jī)背油箱振動(dòng)疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),同時(shí)以結(jié)構(gòu)固有頻率為約束,通過優(yōu)化可以避免機(jī)背油箱結(jié)構(gòu)的共振疲勞。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)背油箱 有限元方法 共振疲勞 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V215.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景與研究意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 疲勞問題發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 振動(dòng)疲勞問題研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.4 遺傳算法研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和研究方法21-22
• 1.4 學(xué)位論文結(jié)構(gòu)框架22-23
• 第二章 機(jī)背油箱有限元分析23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 有限元法23-26
• 2.2.1 有限元法的基本思想23-24
• 2.2.2 有限元法實(shí)現(xiàn)過程24-25
• 2.2.3 有限元分析的基本力學(xué)方程25-26
• 2.3 MSC.Patran有限元分析軟件26-27
• 2.4 機(jī)背油箱有限元建模27-29
• 2.4.1 機(jī)背油箱幾何模型建立27-28
• 2.4.2 機(jī)背油箱有限元模型建立28-29
• 2.5 空油箱有限元分析29-31
• 2.5.1 空油箱模態(tài)分析29-30
• 2.5.2 空油箱頻響分析30-31
• 2.6 有油油箱有限元分析31-35
• 2.6.1 虛擬質(zhì)量法[53]32-33
• 2.6.2 有油油箱的模態(tài)分析33-34
• 2.6.3 有油油箱頻響分析34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第三章 基于MSC.Fatigue的機(jī)背油箱疲勞壽命分析36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 隨機(jī)振動(dòng)和功率譜密度36-37
• 3.3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞理論基礎(chǔ)37-44
• 3.3.1 材料的疲勞特性38-41
• 3.3.2 基于時(shí)域的疲勞壽命估算方法41
• 3.3.3 基于頻域的疲勞壽命估算方法41-44
• 3.4 MSC.Fatigue疲勞分析軟件44-45
• 3.5 機(jī)背郵箱振動(dòng)疲勞壽命估算45-50
• 3.5.1 確定分析載荷譜46
• 3.5.2 確定材料的S -N曲線46-47
• 3.5.3 確定疲勞分析參數(shù)47
• 3.5.4 空油箱振動(dòng)疲勞分析47-48
• 3.5.5 有油油箱振動(dòng)疲勞分析48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第四章 基于遺傳算法的機(jī)背油箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述51-52
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型52-53
• 4.3 遺傳算法53-55
• 4.3.1 遺傳算法概述53-54
• 4.3.2 實(shí)數(shù)編碼遺傳算法操作54-55
• 4.4 機(jī)背油箱壁厚度優(yōu)化仿真55-62
• 4.4.1 油箱壁優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型55-56
• 4.4.2 機(jī)背油箱的參數(shù)化建模56
• 4.4.3 機(jī)背油箱壁厚度優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)56-58
• 4.4.4 油箱壁厚度優(yōu)化結(jié)果58-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 本文主要工作與貢獻(xiàn)63-64
• 5.2 未來工作展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-70
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70

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1 顧浩洋;機(jī)背油箱振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)與優(yōu)化[D];南京航空航天大學(xué);2016年

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