把燃烧室浮动壁结构运用于航空发动机,是提高航空发动机推重比的一个重大措施。国外先进的发动机中已经开始应用该结构技术,在国内,该结构技术也日益受到航空工程界的重视。但是,由于浮动壁结构及其工作环境非常复杂,其设计技术难度大,已成为该结构可靠应用的关键技术和研究重点。本文对该结构的设计方法开展了研究工作,提出了一种采用遗传算法(GA)和有限元(FEM)相结合的多目标优化设计方法(GA-FEM)和递进式分阶段优化策略,并用于浮动壁结构的优化设计与分析研究,取得了良好的效果。本文主要的研究工作包括: (1)针对浮动壁结构简化的平板模型,进行了自适应遗传算法为主的AGA-FEM 方法和以单亲遗传算法为主 PGA-FEM 方法的研究,进行了支杆的布局拓扑多目标优化设计的算例分析研究,结果表明 PGA-FEM 具有更好的优化能力。文中还研究了优化启发条件对结构优化设计收敛效率的影响,以及目标函数的选取对结构优化效果的影响。 (2)针对浮动壁实际结构模型,考虑到结构和工作条件的复杂性,开展上述多目标优化方法的进一步研究,并提出了一种递进式分阶段优化设计的策略,即在支杆数量一定的情况下,首先进行支杆布局拓扑优化,接着以支杆拓扑优化结果为初值点,进行支杆截面积的优化。然后,再以此结果为优化初值点,进行浮动壁壁板厚度的优化。文中所提出的优化策略基本思想和特点是逐步逼近的思想,即逐步增加设计变量,逐步增加复杂条件,从而化解优化技术难度,提高优化效率,使得优化过程容易监控。文中通过常温下和温度载荷作用下浮动壁结构的优化算例结果表明,所提出的优化方法和优化策略是成功的,并给出了良好的浮动壁结构的优化设计结果。 (3)本文以 ANSYS 软件为技术平台,采用 VC++编程,开发实现了本文的优化设计方法和优化设计策略,该程序具有可移植性好和优化分析能力强等优点。