機身低速顫振模型的芯板拓撲優(yōu)化.pdf

1、任何飛行器的設計，必須經過大量的風洞試驗才能完成從地面到空中的飛躍?；谙嗨颇Ｐ偷娘L洞實驗是飛行器研制過程中的必經環(huán)節(jié)之一。 某用于低速顫振風洞實驗的飛機模型，其機身模型依據(jù)其頻率可模擬為承載的芯板結構及模擬機身外形的柵格結構。其中在以往在芯板結構的設計中，均是依據(jù)傳統(tǒng)的經驗設計方法，將其劃分為相對芯板平面中心對稱的多塊不同厚度的區(qū)域。該設計方法存在諸多如過于依賴設計者的經驗、設計周期長、耗費大量人力物力等問題，且設計出的結構

2、制造十分困難，工序過多。因此需要一種能夠有效解決以上問題的設計方法，以期得到更新穎的加工容易、工序簡單的結構。 本文利用近年來發(fā)展的雙向漸進結構優(yōu)化方法，對芯板結構進行基于頻率的拓撲優(yōu)化設計，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的經驗設計方法，得到了較好的優(yōu)化結構。 首先用改進的雙向漸進結構優(yōu)化方法建立了以多階頻率為目標，體積為約束的連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化模型，引入了敏度再分配和人為控制相結合的棋盤格式的抑制方法，并對單元的添加和刪除原則進行了探討

3、。其次，在有限元分析軟件中建立了芯板結構模型，進行模態(tài)分析后得到了結構的固有頻率值和體積等特性參數(shù)，為后續(xù)的拓撲優(yōu)化設計提供了優(yōu)化目標和約束。然后以有限元軟件ANSYS實現(xiàn)拓撲優(yōu)化的模態(tài)分析部分，與數(shù)學軟件MATLAB實現(xiàn)基于頻率的雙向漸進結構優(yōu)化算法結合使用，編制了通用的針對板殼結構的頻率拓撲優(yōu)化程序。將優(yōu)化程序應用于芯板結構的頻率優(yōu)化設計，得到了比較理想的優(yōu)化結果。最后提取了拓撲圖的輪廓，構建了新的結構，表明該方法的有效性和實用性。