復(fù)合材料旋翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化與軟件實現(xiàn).pdf

1、振動問題一直是困擾著直升機的發(fā)展和應(yīng)用的突出問題之一，這使得直升機結(jié)構(gòu)設(shè)計在很大程度上是結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計問題。旋翼系統(tǒng)的設(shè)計，其根本是旋翼動力學(xué)設(shè)計。本文主要研究直升機復(fù)合材料旋翼槳葉動力分析與優(yōu)化技術(shù)，開發(fā)集結(jié)構(gòu)建模、截面特性分析、動力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計于一體的CAD軟件，為設(shè)計人員提供計算準確、界面友好、使用方便的工具軟件。還以一個直升機無軸承槳轂的承擔扭轉(zhuǎn)變形功能的柔性梁的截面優(yōu)化為例，研究了考慮剛度性能要求的各向異性梁截面的拓撲優(yōu)

2、化方法。 介紹了基于Giavotto等提出的考慮截面翹曲變形的各向異性梁理論的截面特性計算方法、考慮陀螺力及截面翹曲的復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)梁耦合振動分析方法。通過算例驗證了截面特性計算和動力計算的準確性。 建立了旋翼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化描述和槳葉動力優(yōu)化模型，給出了優(yōu)化計算的流程。優(yōu)化主要考慮槳葉重量、槳葉重心展向位置、槳葉轉(zhuǎn)動慣量、最大剖面重心弦向位置、剖面最小扭轉(zhuǎn)剛度、最大蒙皮鋪層厚度和主要階次的頻率約束，前三個既可以被選作設(shè)計

3、目標，又可以作為約束。設(shè)計變量包括截面內(nèi)部部件的控制點坐標、蒙皮鋪層參數(shù)以及調(diào)頻配重的質(zhì)量及位置。通過算例驗證了優(yōu)化計算的有效性。 采用可視化編程技術(shù)，實現(xiàn)了復(fù)合材料旋翼交互式參數(shù)化建模、截面特性分析、耦合振動分析與優(yōu)化、圖形顯示、計算結(jié)果后處理等功能，開發(fā)了作為本研究主要成果的直升機旋翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件ROBSOD（V1.0）。軟件界面友好，使用方便，計算準確，實現(xiàn)了優(yōu)化過程中的網(wǎng)格重新剖分功能，具有較好的健壯性。 由

4、于復(fù)合材料性能優(yōu)異，工程中越來越多地采用復(fù)合材料梁來完成以前由復(fù)雜機械完成的功能，而對這些梁的剛度性能往往有特殊的要求，需要通過優(yōu)化來合理確定梁截面的布局和尺寸。本文基于Giavotto等提出的考慮截面翹曲的各向異性梁理論和拓撲優(yōu)化的SIMP方法，建立了以剛度性能為目標和約束的復(fù)合材料梁截面的拓撲優(yōu)化方法，給出了敏度的分析方法。通過算例驗證了本方法的正確性和可靠性。對一個直升機無軸承槳轂的承擔扭轉(zhuǎn)變形功能的柔性梁，首先對截面進行拓撲優(yōu)化