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文檔簡介
1、機(jī)翼是決定飛機(jī)整體性能的主要部件,其中機(jī)翼打樣設(shè)計階段確定的機(jī)翼構(gòu)型幾乎決定整個機(jī)翼約80%的性能。結(jié)構(gòu)打樣階段的選型設(shè)計通常經(jīng)過方案的不斷修改與評價的方式確定,這需要多次重復(fù)建模,因此,需要研究快速有效的建模方法;另一方面,為了獲得優(yōu)質(zhì)構(gòu)型,先進(jìn)的設(shè)計方法研究以及基于先進(jìn)方法的構(gòu)型設(shè)計成為重要的研究課題。
本文的目的是針對選型設(shè)計中所面臨的大量建模問題,研究機(jī)翼結(jié)構(gòu)快速建模方法;研究機(jī)翼結(jié)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計方法以及相應(yīng)的構(gòu)型設(shè)計。
2、具體內(nèi)容和成果如下:
1、基于參數(shù)化的機(jī)翼結(jié)構(gòu)快速建模方法研究及實現(xiàn)。針對飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)的特點,提出了一種基于參數(shù)化的快速有限元建模方法。在Patran/Nastran平臺下,利用PCL語言實現(xiàn)了參數(shù)化驅(qū)動的翼面結(jié)構(gòu)建模完全自動化,開發(fā)了機(jī)翼結(jié)構(gòu)快速建模的專有模塊,實現(xiàn)了三項關(guān)鍵技術(shù):1)一種新的參數(shù)化建模流程;2)由翼面投影平面網(wǎng)格直接生成三維翼面結(jié)構(gòu)有限元模型的方法;3)實現(xiàn)了氣動載荷的自動分配。該研究為進(jìn)一步開展翼面結(jié)構(gòu)的
3、優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
2、基于梯度優(yōu)化的飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)布局設(shè)計方法研究。根據(jù)翼面結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件的特點,通過變量關(guān)聯(lián)技術(shù),建立了主梁、墻、肋以及桁條的統(tǒng)一參數(shù)描述方式;利用基結(jié)構(gòu)方法描述構(gòu)件的布局,構(gòu)建了以結(jié)構(gòu)重量為約束、結(jié)構(gòu)剛度為優(yōu)化目標(biāo)的多構(gòu)件結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化模型,推導(dǎo)了相應(yīng)的敏度解析公式;通過具體的算例證明了方法的有效性和求解效率;討論了基結(jié)構(gòu)的布置、優(yōu)化參數(shù)對最優(yōu)設(shè)計結(jié)果的影響,給出了合理的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置建議;研究了蒙皮厚度對內(nèi)部承
4、力構(gòu)件布置的影響,說明了蒙皮厚度與構(gòu)件布局協(xié)同優(yōu)化設(shè)計的必要性。以某機(jī)翼設(shè)計為例,蒙皮厚度與構(gòu)件布局協(xié)同優(yōu)化設(shè)計結(jié)果同僅考慮構(gòu)件布局優(yōu)化設(shè)計結(jié)果相比,彎曲剛度提高了8.76%。
3、機(jī)翼承力構(gòu)件的多材料選擇優(yōu)化設(shè)計。為實現(xiàn)減重和降低成本的設(shè)計目標(biāo),翼梁等主承力構(gòu)件往往采用不同材料的構(gòu)件沿長度方向拼裝而成。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中考慮選材設(shè)計是非常必要的。以此為應(yīng)用背景,提出了以制造成本為約束,以結(jié)構(gòu)剛度為目標(biāo)的多材料選擇優(yōu)化設(shè)計
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