飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)快速參數(shù)化建模方法與布局優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

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(jì)階段確定的機(jī)翼構(gòu)型幾乎決定整個(gè)機(jī)翼約80％的性能。結(jié)構(gòu)打樣階段的選型設(shè)計(jì)通常經(jīng)過方案的不斷修改與評(píng)價(jià)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(jì)方法研究以及基于先進(jìn)方法的構(gòu)型設(shè)計(jì)成為重要的研究課題。
　　本文的目的是針對(duì)選型設(shè)計(jì)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(jì)方法以及相應(yīng)的構(gòu)型設(shè)計(jì)。

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(shí)現(xiàn)。針對(duì)飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，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(tái)下，利用PCL語言實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的翼面結(jié)構(gòu)建模完全自動(dòng)化，開發(fā)了機(jī)翼結(jié)構(gòu)快速建模的專有模塊，實(shí)現(xiàn)了三項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)載荷的自動(dòng)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(jì)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(jì)方法研究。根據(jù)翼面結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件的特點(diǎn)，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(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)的必要性。以某機(jī)翼設(shè)計(jì)為例，蒙皮厚度與構(gòu)件布局協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果同僅考慮構(gòu)件布局優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)。為實(shí)現(xiàn)減重和降低成本的設(shè)計(jì)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(zhǎng)度方向拼裝而成。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中考慮選材設(shè)計(jì)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(jì)