復合材料旋翼結構優(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)展和應用的突出問題之一，這使得直升機結構設計在很大程度上是結構動力學設計問題。旋翼系統(tǒng)的設計，其根本是旋翼動力學設計。本文主要研究直升機復合材料旋翼槳葉動力分析與優(yōu)化技術，開發(fā)集結構建模、截面特性分析、動力分析和結構優(yōu)化設計于一體的CAD軟件，為設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合材料旋轉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。 建立了旋翼結構的參數(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、槳葉轉動慣量、最大剖面重心弦向位置、剖面最小扭轉剛度、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計

3、目標，又可以作為約束。設計變量包括截面內部部件的控制點坐標、蒙皮鋪層參數(shù)以及調頻配重的質量及位置。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，實現(xiàn)了復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構優(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)化過程中的網格重新剖分功能，具有較好的健壯性。 由

4、于復合材料性能優(yōu)異，工程中越來越多地采用復合材料梁來完成以前由復雜機械完成的功能，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變形功能的柔性梁，首先對截面進行拓撲優(yōu)化