復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)?尺寸聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量等優(yōu)勢，隨著加工工藝和可靠性的不斷改善，在航空航天結(jié)構(gòu)中的使用率越來越高，特別是在中小型無人機(jī)中的應(yīng)用非常廣泛，很多采用了全復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行無人機(jī)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，本文在查閱拓?fù)鋬?yōu)化和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，提出了一種針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的拓?fù)?尺寸聯(lián)合優(yōu)化策略，首先通過拓?fù)鋬?yōu)化得到結(jié)構(gòu)的布局形式，然后在此基礎(chǔ)上建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型，并對此進(jìn)行尺寸優(yōu)化，從而得到優(yōu)化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。通過復(fù)

2、合材料箱型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化算例驗證了該優(yōu)化策略的可行性。
　　基于拓?fù)?尺寸聯(lián)合分級優(yōu)化方法，考慮機(jī)翼一般設(shè)計要求和工程經(jīng)驗，對某型無人機(jī)機(jī)翼進(jìn)行了有限元模型建立及載荷簡化，并對其進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。首先，對機(jī)翼內(nèi)部假設(shè)為實心均勻材料的初始模型出發(fā)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析，得到梁、肋的布局信息;接著，將拓?fù)鋬?yōu)化出的梁、肋采用泡沫夾芯復(fù)合材料替換，建立尺寸優(yōu)化的有限元模型，進(jìn)行面板不同角度鋪層的厚度的優(yōu)化;最后，進(jìn)行鋪層順序優(yōu)化，完成機(jī)翼的

3、整體優(yōu)化設(shè)計。比較有無泡沫夾芯情況下機(jī)翼優(yōu)化情況，結(jié)果表明泡沫夾芯復(fù)合材料優(yōu)化效果更佳，承載能力更強(qiáng)。
　　對某型帶掛載無人機(jī)機(jī)翼采用上述方法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果對機(jī)翼翼尖進(jìn)行加強(qiáng)梁和肋設(shè)計，得到較顯著的減重效果。結(jié)合Optistruct軟件通過自由尺寸優(yōu)化、層組尺寸優(yōu)化及鋪層順序優(yōu)化完成了帶掛載機(jī)翼蒙皮的自由尺寸優(yōu)化設(shè)計。三種泡沫厚度情況下的優(yōu)化結(jié)果表明一定厚度的泡沫夾芯有利于在保證強(qiáng)度和剛度的前提下提高減重效果。<