复合材料翼盒结构气动弹性优化问题研究

发布时间：2017-11-11 12:15

  本文关键词：复合材料翼盒结构气动弹性优化问题研究

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【摘要】：飞行器设计是一项复杂且需要不断反复的工作,需要在很多互相矛盾的要求之间进行权衡。比如,在保证尽可能高的颤振/发散速度的同时,还要满足足够的静强度要求以及尽可能低的重量。随着材料工业的长足发展,复合材料由于比强度高、比刚度大的特性,逐渐成为飞行器设计时的首选。以强度和气动弹性稳定性为约束条件,以总体质量最轻为目标函数,寻找最优的结构设计方案,这就是典型的结构气弹优化问题。在传统计及气弹约束的优化方法中,气弹约束一般采用频域方法计算,但该方法所得的阻尼信息往往失真；优化方法一般基于梯度信息,但该方法存在很多固有缺陷,如：容易陷入局部最优。本文在拉氏域中进行颤振计算,采用遗传算法对复合材料翼盒结构进行优化,力图解决上述问题。具体研究工作和结论如下：1)从气弹问题的运动方程入手,讨论了气弹稳定性分析的多种方法,包括k法、pk法、p法和根轨迹法。pk法和k法可以快速确定颤振和发散速度,但得到的阻尼信息是无意义(k法)或近似的(pk法)。拉氏域方法,如p法和根轨迹法可以有效解决该问题,但难于快速获取拉氏域下有阻尼运动状态的气动载荷。通过有理函数拟合的方法,将频域气动力延拓至拉氏域,并在状态空间模型下进行系统矩阵的特征值问题求解。2)为了解决“模态交叉”的问题,发展了一种基于左特征向量的模态跟踪方法——正交检验法,与传统的MAC值法相比具有更高的稳定性；通过算例检验了正交检验法的稳定性,并将根轨迹法与pk法进行了对比,验证了其有效性。3)为了克服传统梯度法的缺陷,针对复合材料翼盒建立了基于遗传算法的优化平台,能够同时考虑静强度、气弹稳定性等多学科的约束条件,且易于处理复合材料翼盒中的离散变量问题,其中包括静强度分析模块、气弹稳定性分析模块和优化分析模块。4)分别在三种工况下对某翼盒结构进行优化：首先将翼盒材料定义为全金属,考虑其在气弹稳定性约束下的优化问题,此时设计变量较少,优化结果可与文献数据对比验证上述优化平台的可靠性；接着将金属蒙皮改为复合材料蒙皮,考虑其在静强度约束下的优化问题,验证了优化平台对复合材料翼盒的优化能力；最后引入气弹稳定性约束,将经过优化的模型临界速度提高100%。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V215.3;TB33

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 任智毅;金海波;丁运亮;;基于气动力分段表达的颤振求解方法与模态跟踪技术的应用[J];空气动力学学报;2014年02期

2 高怡宁;谭申刚;蒲利东;;基于最小状态法的气动力有理函数拟合精度影响因素研究[J];航空科学技术;2014年03期

3 吴志刚;宋晨;杨超;;颤振分析中的模态跟踪技术[J];北京航空航天大学学报;2010年02期

4 谢长川;胡薇薇;杨超;;颤振分析中的特征值排序问题[J];数学的实践与认识;2007年18期

5 宋晨;杨超;吴志刚;;3种气动弹性状态空间建模方法的对比[J];航空学报;2007年S1期

6 修英姝;崔德刚;;复合材料层合板稳定性的铺层优化设计[J];工程力学;2005年06期

7 唐文艳,顾元宪,赵国忠;复合材料层合板铺层顺序优化遗传算法[J];大连理工大学学报;2004年02期

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本文编号：1171357