超轻复合材料机翼模型结构优化设计

发布时间：2017-04-26 06:16

  本文关键词：超轻复合材料机翼模型结构优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优异的性能,是理想的航空材料,在飞机上的应用比例逐年增高。机翼是飞机最为重要的部件之一,主要作用有：为飞行提供,保证飞行性能和机动性,保证横向稳定性和操纵性。机翼应用复合材料结构是提高飞机结构效率,改善飞机气动性能、飞行品质、控制特性的重要技术途径之一。 本文以一种大展弦比超轻复合材料机翼为研究对象,对机翼结构的内部骨架以及蒙皮结构进行了结构优化设计。首先建立了机翼模型的3D有限元分析模型,基于Optistruct软件中的拓扑优化模块,对机翼模型主要受载区域的内部空间进行拓扑结构分析,得到了内部梁架结构的位置信息。在此基础上分析了该机翼模型各个承力构建的弯曲刚度之比,根据“刚度分配法”确定了机翼模型上载荷分配情况；在第三部分结合复合材料优越的可设计性,结合OptiStruct软件对机翼蒙皮结构进行了结构优化,经过自由尺寸优化、层组尺寸优化、铺层顺序优化三个优化过程后,蒙皮结构刚度性能得到了提高同时质量得到了减轻；结合之前所得到的的优化方案,对机翼模型进行了实物制作,并进行了试验,得到了机翼模型优化方案的刚度性能数值。本文将复合材料结构的优化与有限元分析相结合,同时采用了多种结构优化方法,对复合材料在飞机机翼结构的设计及制造具有一定的参考价值。
【关键词】：超轻复合材料机翼模型 骨架 蒙皮 结构优化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V214.8;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 先进复合材料在飞机结构中的应用情况8-12
• 1.3 结构优化理论及其应用现状12-14
• 1.4 超轻复合材料机翼模型14-15
• 1.5 本文主要工作15-17
• 2 机翼模型内部骨架布局设计17-40
• 2.1 机翼骨架结构基本设计17-23
• 2.1.1 机翼骨架节基本构成17-19
• 2.1.2 机翼结构类型19-20
• 2.1.3 骨架结构设计的基本原则20-21
• 2.1.4 机翼模型骨架结构设计21-23
• 2.2 拓扑优化理论及发展现状23-29
• 2.2.1 离散体结构拓扑优化24-25
• 2.2.2 连续体结构拓扑优化25-26
• 2.2.3 基于变密度法的拓扑优化方法26-29
• 2.3 OptiStruct软件介绍29-32
• 2.4 基于拓扑优化理论机翼骨架结构设计32-37
• 2.4.1 模型及边界条件建立32-33
• 2.4.2 优化过程33-35
• 2.4.3 基于优化结果骨架设计35-37
• 2.5 设计方案比较37-39
• 2.6 本章小结39-40
• 3 机翼模型蒙皮结构优化40-64
• 3.1 层合板基本假设和刚度理论40-45
• 3.1.1 层合板基本假设40
• 3.1.2 层合板刚度理论40-45
• 3.2 层合板结构优化方向及研究现状45-51
• 3.2.1 力学准则法46
• 3.2.2 数学规划法46-51
• 3.3 机翼模型承力系统载荷分配分析51-53
• 3.4 超轻机翼模型的蒙皮层合板结构设计53-63
• 3.4.1 优化过程介绍53-55
• 3.4.2 有限元模型建立55-58
• 3.4.3 优化过程及结果58-63
• 3.5 本章小结63-64
• 4 机翼模型制备及实验验证64-85
• 4.1 复合材料结构件制备工艺64-66
• 4.1.1 复合材料结构制备工艺分类64-65
• 4.1.2 低压接触成型工艺65-66
• 4.2 机翼模型制备过程66-74
• 4.2.1 准备阶段66-70
• 4.2.2 制作阶段70-73
• 4.2.3 修整校验阶段73-74
• 4.3 三点弯曲试验74-76
• 4.3.1 三点弯曲实验74-76
• 4.4 复合材料机翼模型加载实验76-84
• 4.4.1 实验设计说明76-77
• 4.4.2 试验器材准备77-79
• 4.4.3 应变测试实验方案79-81
• 4.4.4 试验结果81-83
• 4.4.5 结果分析83-84
• 4.4.6 改进84
• 4.5 本文小结84-85
• 5. 结论与展望85-87
• 5.1 结论85
• 5.2 展望85-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况90-91
• 致谢91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：327910