免费论文：满足动力学要求的结构刚度设计方法研究

飞行器结构设计思想经过多年的演变已经从最初的结构强度设计发展到了基于疲劳寿命与可靠性的结构设计。但在结构设计过程尤其是在概念设计过程中针对结构刚度和结构动力学的要求却没有能很好的落实到真正的结构设计思想中。从现有的飞行器使用来看，由于结构刚度和振动引起的问题占据了飞行器故障的很大比重。因此研究结构刚度设计及动力学设计显得非常必要。本文主要考虑在飞行器结构设计初期即概念设计阶段和详细设计阶段将结构刚度和结构振动考虑到结构设计中。在飞行器结构设计初期，结构设计要遇到各种技术冲突，优化设计也是飞行器结构设计必不可少的研究内容。本文在研究一般的优化设计基础上还重点研究了结构创新优化设计在飞行器结构设计中的应用。因此，本文研究的主要内容包括三个方面：第一方面就是在概念设计阶段进行结构优化设计。结构优化设计是是现代结构设计必不可少的内容。现在已经出现了各种各样的优化方法，有传统的数学规划法和准则法，也有现代的基于人工智能的遗传算法、神经网络法和模拟退火法等。这些方法仍然需要进行研究，它们在飞行器结构设计中已经取得了广泛的应用，并且仍将得到更广泛的应用。因此，本文对这些方法中的一些主要方法和算法作了简要的研究。在研究这些方法的同时，本文研究了了创新的优化设计方法—TRIZ理论。在采用传统的优化方法和现代的人工智能优化方法时，对于优化中存在的技术冲突双方往往是通过不同的算法或方法使冲突之间相互妥协，达到一个最优解，实际上这样的解不是严格意义上的最优，是满足设计条件的折衷解。创新优化设计，就是通过研究技术冲突的双方关系，跳出囿于以往优化设计的桎梏，实现真正的优化设计。TRIZ理论为实现这一目标提供了发明原理及相应的解决问题的思路方法。本文研究了TRIZ理论的主要内容，结合优化设计，适时地将该方法引入到飞行器结构优化设计中，通过实例分析，表明该理论在可以更好的解决结构优化设计中技术冲突问题。第二方面就是结构动力学的设计研究。飞行器结构动力学设计这一概念提出已经多年，但并没有得到广泛的应用。在飞行器结构设计初期，进行动力学设计缺乏载荷及响应方面的数据，成为制约动力学设计的瓶颈。因此本文着重研究了动载荷的确定、识别及动响应的分析方法和动响应的预计。本文首先介绍了动载荷识别的几种典型方法，然后重点研究了基于有限元的BP人工神经网络技术的动载荷识别研究。文中从Patran/Nastran有限元建模分析、人工神经网络建模、Matlab实现的全过程作了详细的研究。为了使对人工神经网络法能更好的进行动载荷识别和响应预计，重点对人工神经网络法的参数修正、模型结构修正及模型泛化能力进行了研究。第三方面研究了飞行器结构刚度设计。以往飞行器结构刚度设计很少作为单独提出，这是因为虽然设计师知道结构刚度的重要性，却很难将结构刚度应用于结构设计中去。因此，本文考虑在结构设计初期，提出了以主动结构刚度设计代替过去的被动结构刚度设计思想。在研究主动结构刚度设计时，阐述了主动结构刚度设计的思想，研究了刚度指标的确定方法，以及实现该设计所采 用的方法。最后，本文结合结构优化设计、动载荷识别和主动结构刚度设计，提出了满足动力学要求的结构刚度设计。完整的从设计思想、设计流程、设计方法及结果验证对该方法进行了系统的研究。对于结果验证，通过自编程，针对CATIA三维造型软件二次开发，实现快速计算结构刚度的分布，以此来完成对设计结果的检验。

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