可变形机翼柔性蒙皮蜂窝芯设计与分析

发布时间：2017-07-17 07:26

  本文关键词：可变形机翼柔性蒙皮蜂窝芯设计与分析

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【摘要】：柔性蒙皮的主要作用是维持飞行器的气动外形、适应翼形的变化以及承受和传递气动载荷给机翼骨架,使飞行器具有良好的气动性能。与传统飞行器的固定机翼不同,对于自适应变体飞机而言,需要异面承载能力高、共面变形性能好、质量轻,抗振性能好的柔性蒙皮作为支撑体。由于蜂窝夹心层表征单元的拓扑形状是影响柔性蒙皮性能的重要因素,为此对蜂窝单元开展了详细的研究。针对作为支撑体的传统内凹蜂窝结构容易出现应力集中现象,同时广泛应用于航空复合材料加工制造的快速成形技术(RP)加工传统负泊松比蜂窝还存在加工困难,本文通过边缘切割除掉传统负泊松比蜂窝结构尖角,提出一种新型负泊松比蜂窝结构,设计并加工实物,做了相应的理论和实验探究。参考Gibson、Ashby等效法,使用能量法推导了改进后蜂窝结构的面内弹性参数,基于最小势能原理和最小余能原理研究了结构的等效剪切模量,为研究新型蜂窝结构几何参数与力学性能之间的关系提供了理论参考;利用Matlab对蜂窝结构的共面力学性能进行了数值分析,对蜂窝单元各参数无量纲化,分析了不同参数对面内变形性能的影响趋势,为蜂窝单元结构多目标优化奠定了理论基础。采用响应面法对蜂窝单元结构的固有频率建模,选择正交实验设计方法设计空间样本点,根据这些样本点使用ANSYS进行模态分析得到响应面值,进而确定了蜂窝单元结构一阶模态固有频率与蜂窝单元几何尺寸间的近似数学表达式,并验证了模型的可靠性。基于模拟退火法对粒子群算法进行改进,避免了PSO易于陷入局部最优的缺点,并使用该算法对蜂窝结构进行多目标优化;此外,把新型蜂窝结构应用于展向变形机翼提出了基本方案,为变形机翼的设计提供了基本思路。加工了不同蜂窝单元试件,按照国家试验标准,分别对三种试件进行了面内拉伸试验、面外压缩试验以及三点弯曲试验,试验结果表明,该新型蜂窝结构比传统蜂窝单元结构具有更优秀的面内变形性能、较高的面外承载刚度,满足柔性蒙皮对变形特性的要求。
【关键词】：自适应变体飞机 共面变形 蜂窝结构 固有频率 粒子群算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V224
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-15
• 1.2.1 蒙皮分类10-14
• 1.2.2 国内外文献综述的简析14-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第2章 结构设计及力学性能分析17-29
• 2.1 结构设计18-20
• 2.1.1 相对密度19-20
• 2.2 结构力学性能20-27
• 2.2.1 共面变形性能21-24
• 2.2.2 异面变形性能24-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第3章 拓扑结构尺寸参数对变形性能的影响29-37
• 3.1 参数对纵向力学性能的影响30-32
• 3.2 参数对横向力学性能的影响32-35
• 3.3 参数对面外刚度的影响35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 改进型蜂窝结构的固有特性37-47
• 4.1 响应面法37-39
• 4.1.1 响应面近似函数37-39
• 4.2 实验设计39-42
• 4.2.1 正交实验40
• 4.2.2 蜂窝单元结构正交实验设计40-42
• 4.3 蜂窝单元模态分析42-45
• 4.3.1 单元类型的选取42-43
• 4.3.2 创建有限元模型43
• 4.3.3 网格划分43-44
• 4.3.4 有限元模型施加约束44
• 4.3.5 模态分析求解44-45
• 4.4 回归分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 蜂窝结构的多目标优化及力学实验测试47-62
• 5.1 传统粒子群算法48-50
• 5.2 基于模拟退火的粒子群优化算法50-53
• 5.2.1 优化算法的框架设计50-51
• 5.2.2 测试算法性能51-53
• 5.3 蜂窝结构目标函数53-54
• 5.4 基于模拟退火的粒子群优化算法优化结果54-55
• 5.5 改进型蜂窝应用于变形机翼55-56
• 5.6 力学性能试验56-61
• 5.6.1 实验方案56
• 5.6.2 面内力学试验56-59
• 5.6.3 面外方向力学试验59-61
• 5.7 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：552533