飛艇骨架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究.pdf

1、輕量化是飛艇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一,而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)對(duì)飛艇骨架減重則是實(shí)現(xiàn)輕量化的有效途徑。結(jié)構(gòu)優(yōu)化可分為三個(gè)層次,即形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和截面優(yōu)化。其中,形狀優(yōu)化和截面優(yōu)化均屬于連續(xù)變量?jī)?yōu)化問(wèn)題,相關(guān)方法已較為成熟;而拓?fù)鋬?yōu)化屬于離散變量?jī)?yōu)化問(wèn)題,相對(duì)而言更為復(fù)雜,以往研究大多針對(duì)二維桿系結(jié)構(gòu),而對(duì)于復(fù)雜空間桿系結(jié)構(gòu),相關(guān)方法目前仍處于探索階段。本文以構(gòu)成飛艇骨架的三角形截面CFRP管桁架為研究對(duì)象,首先通過(guò)引入遺傳算法和參數(shù)敏感性分

2、析方法,解決了典型節(jié)段的CFRP管桁架拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題;在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)飛艇骨架的受力特性分析,對(duì)CFRP管桁架典型節(jié)段進(jìn)行分類(lèi),運(yùn)用先拆分再組合的拓?fù)鋬?yōu)化思想解決了復(fù)雜空間桁架體系的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了飛艇結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)。論文主要工作如下:
　　1.基于遺傳算法并結(jié)合MATLAB編程和ANSYS軟件二次開(kāi)發(fā),建立了適用于三角形截面CFRP管桁架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法。針對(duì)遺傳算法存在的收斂速度慢、局部尋優(yōu)能力差、易早熟、機(jī)動(dòng)性不

3、易滿(mǎn)足等問(wèn)題,提出以桁架節(jié)為基本單元,代替?zhèn)鹘y(tǒng)以桿件為單元的編碼方法,使優(yōu)化計(jì)算具有更好的收斂性與穩(wěn)定性。最后通過(guò)算例分析驗(yàn)證了方法的正確性和有效性。
　　2.將參數(shù)敏感性分析引入空間桁架拓?fù)鋬?yōu)化中。在對(duì)空間桁架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化前,先對(duì)優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,根據(jù)敏感度大小來(lái)確定拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)的選取及參數(shù)的取值范圍。在優(yōu)化過(guò)程中,考慮了材料強(qiáng)度、桿件穩(wěn)定承載力及構(gòu)造要求等約束條件,以結(jié)構(gòu)應(yīng)變能與質(zhì)量之積最小作為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)空間桁架在受彎

4、和受扭作用下的腹桿拓?fù)湫问竭M(jìn)行優(yōu)化,得到了較為滿(mǎn)意的優(yōu)化結(jié)果。
　　3.設(shè)計(jì)了輪廓尺寸為220m360m360m的橢球形飛艇骨架結(jié)構(gòu),并對(duì)飛艇骨架結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,飛艇骨架結(jié)構(gòu)中各榀桁架受力均以拉彎或壓彎為主。通過(guò)提取各榀桁架兩端及跨中三個(gè)控制截面的彎矩與軸力,建立了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分類(lèi)指標(biāo),以此對(duì)各榀桁架進(jìn)行分類(lèi),提取出若干典型的飛艇桁架受力形式,為后續(xù)的整體骨架優(yōu)化工作奠定了基礎(chǔ)。
　　4.提出了針對(duì)復(fù)雜空