桁條式圓筒機身顫振模型設計方法研究.pdf

1、飛機顫振往往會造成嚴重的飛行事故，為此飛機設計過程中必須進行顫振風洞試驗，設計制造能夠準確模擬飛機氣動載荷的顫振模型某種程度上決定了風洞試驗數(shù)據(jù)的準確性?，F(xiàn)代研究表明只有兼具結(jié)構(gòu)和彈性特征相似的比例模型才能準確模擬原機的顫振特性，這就要求顫振模型不僅要滿足彈性特征相似更要保證承載結(jié)構(gòu)的相似。目前的絕大多數(shù)顫振模型僅僅實現(xiàn)了彈性特性的相似，因此對兼具結(jié)構(gòu)和彈性特征相似的顫振模型設計方法展開研究具有重要的理論和現(xiàn)實價值。
　　 事實

2、證明，拓撲優(yōu)化是重構(gòu)顫振模型彈性特征的有效方法，但最終的拓撲構(gòu)形往往為不規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，難以滿足優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)相似要求，因而必須設法對拓撲優(yōu)化的結(jié)構(gòu)修改方式實施約束，即對帶規(guī)則幾何約束的頻率拓撲優(yōu)化進行研究，這對顫振模型設計乃至拓撲優(yōu)化的工程應用具有重要的意義。
　　 本文的工作即為探索兼具結(jié)構(gòu)和彈性特征相似的比例模型設計方法，主要思想是建立和原機結(jié)構(gòu)相似的格柵骨架加筋蒙皮有限元模型，同時對拓撲優(yōu)化的結(jié)構(gòu)修改單位實施約束，保證拓

3、撲結(jié)構(gòu)的格柵結(jié)構(gòu)不變。具體的工作內(nèi)容如下：
　　 首先，對基于雙向漸進結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設計方法進行了研究。建立了以頻率為目標，以體積為約束，以單元敏度為結(jié)構(gòu)修改依據(jù)的雙向漸進結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化模型。在敏度過濾中采用相鄰敏度再分配方法，顯著的抑制了棋盤格式。利用ANSYS和Matlab的混合編程技術，編制了相應的拓撲優(yōu)化程序。應用此優(yōu)化設計模型進行以頻率為目標的結(jié)構(gòu)設計，雙層連續(xù)體平板結(jié)構(gòu)設計算例驗證了該方法的有效性。
　　

4、隨后，對上文所述的雙向漸進結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法進行改進，改變傳統(tǒng)的以單元作為結(jié)構(gòu)添加刪除基本單位的做法，將獨立于有限元單元網(wǎng)格的具有幾何獨立性的格柵骨架的“節(jié)”作為結(jié)構(gòu)修改的基本單位，從而保證了優(yōu)化后模型與原模型結(jié)構(gòu)相似性。建立了格柵骨架加筋蒙皮有限元模型，利用此改進后的拓撲優(yōu)化方法實現(xiàn)了以頻率為目標的格柵骨架加筋蒙皮的設計，設計結(jié)果的模態(tài)頻率收斂于目標頻率，更重要的是較好的實現(xiàn)了與原結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相似。
　　 最后，應用改進后的拓撲優(yōu)