多旋翼无人机动态特性分析与起落架连接件优化

发布时间：2017-08-23 08:12

  本文关键词：多旋翼无人机动态特性分析与起落架连接件优化

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【摘要】：随着科学技术的发展,多旋翼无人机已经广泛应用于众多军事和民用领域中,受到了越来越多相关研究人员的重视,取得了可观的成果。多旋翼无人机在飞行时,由于风力扰动及电机振动等振源的存在,会造成多旋翼无人机机身的振动,影响无人机的正常飞行,造成传感器的振动,降低传感器的工作精度,严重的甚至会产生共振,引起多旋翼无人机结构的破坏。想要解决多旋翼无人机振动问题必须要先了解多旋翼无人机的动态特性。本文课题以课题组研究的多旋翼无人机作为研究对象,使用有限元模态分析及传递路径分析方法,确定多旋翼无人机动态特性,进而使用有限元拓扑优化的方法对多旋翼无人机进行优化。在三维建模软件UG中建立多旋翼无人机三维模型,确定多旋翼无人机整机仿真方案,并对无人机模型进行一系列简化,如对非承载件和小尺寸工艺孔进行忽略处理,复杂形状的零件进行适当的简化处理,圆角和倒角进行圆整光滑处理等。简化后的模型导出到有限元分析软件Patran和Ansys中,建立多旋翼无人机的有限元分析模型。忽略多旋翼无人机的结构阻尼,对多旋翼无人机模型进行了整机自由模态分析,得到了无人机前12阶的模态信息。并进行多旋翼无人机瞬态响应分析,得到了传感器附近某节点的响应结果。通过传感器振动试验测得了振动结果与仿真结果相对比,得出Z方向振动较大的结果,证明了仿真结果的正确性。利用CAE方法与振动传递路径相结合的方法进行了多旋翼无人机振动传递路径分析,通过无人机的频响分析得到无人机振动传递函数,并用逆矩阵法求取无人机的工作载荷,确定了振动传递到传感器处的主要传递路径。针对无人机起落架连接件建立有限元模型,对其进行拓扑优化,根据优化结果确定可以去除材料的范围,根据这个范围对原来的起落架连接件模型进行修改,将修改后的模型进行静力强度分析,取得了比较好的优化结果。本文通过仿真和试验,获得了多旋翼无人机的模态信息等动态特性信息,得到了多旋翼无人机传感器处的振动信息及振动主要传递路径,对多旋翼无人机的减振提供了理论依据,进行了无人机起落架连接件的拓扑优化,得到了优化后的起落架连接件。
【关键词】：多旋翼无人机 复合材料 模态分析 瞬态响应分析 传递路径分析 优化
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外的相关研究历史与发展现状14-17
• 1.2.1 有限元模态分析的发展现状14-15
• 1.2.2 传递路径分析的发展现状15
• 1.2.3 有限元拓扑优化的发展现状15-17
• 1.3 本课题的主要研究内容17-20
• 第2章 多旋翼无人机有限元建模及瞬态响应分析20-38
• 2.1 复合材料力学特性20-26
• 2.1.1 复合材料动力学分析时的基本假设20-21
• 2.1.2 单向纤维层应力-应变关系21-23
• 2.1.3 层压板的内力-应变关系23-26
• 2.2 多旋翼无人机有限元建模26-30
• 2.2.1 多旋翼无人机系统概述26
• 2.2.2 多旋翼无人机系统的有限元建模26-30
• 2.3 多旋翼无人机瞬态响应分析30-37
• 2.3.1 瞬态响应理论及其有限元实现30-32
• 2.3.2 多旋翼无人机旋翼支撑臂的瞬态响应分析32-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 多旋翼无人机振动传递路径分析38-48
• 3.1 传递路径分析方法概述38-41
• 3.1.1 传递路径分析方法原理38-39
• 3.1.2 传递函数的确定39
• 3.1.3 工作载荷的获取39-41
• 3.2 多旋翼无人机频率响应分析41-44
• 3.2.1 频响分析概述及其有限元实现41-42
• 3.2.2 多旋翼无人机的频率响应分析42-44
• 3.3 多旋翼无人机振动传递路径分析44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 多旋翼无人机整机仿真分析与试验48-60
• 4.1 模态理论及其应用48-52
• 4.1.1 模态分析基本理论48-51
• 4.1.2 模态分析的有限元实现51-52
• 4.2 多旋翼无人机整机自由模态分析52-55
• 4.3 多旋翼无人机整机瞬态响应分析55-56
• 4.4 实验方案及实验结果分析56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 多旋翼无人机起落架连接件的优化60-70
• 5.1 结构优化问题的数学模型60-63
• 5.1.1 设计变量60-62
• 5.1.2 约束条件62
• 5.1.3 结构优化设计的数学模型62-63
• 5.2 结构优化设计的类型63-65
• 5.2.1 拓扑优化设计63-65
• 5.2.2 形状优化设计65
• 5.2.3 尺寸优化设计65
• 5.3 多旋翼无人机起落架连接件的拓扑优化65-69
• 5.3.1 拓扑优化模型的建立66
• 5.3.2 无人机降落时起落架连接件的拓扑优化结果66-68
• 5.3.3 零件强度验证68-69
• 5.3.4 拓扑优化前后模态频率对比69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 本文研究工作总结70-71
• 6.2 研究展望71-72
• 参考文献72-77
• 在学期间学术成果情况77-78
• 指导教师及作者简介78-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 申斌;吴一波;林冬生;;旋翼机的发展与应用[J];科技传播;2013年23期

2 康凯;;无人机在消防灭火救援工作中的应用研究[J];武警学院学报;2013年10期

3 郑攀;;小型无人机在公共安全领域的应用前景展望[J];警察技术;2013年04期

4 牛小铁;董立立;;机械结构拓扑优化设计研究现状及其发展趋势[J];煤矿机械;2012年09期

5 柳瑞锋;周璞;王强;;传递路径分析在结构设计中的应用[J];噪声与振动控制;2012年04期

6 蔡力钢;马仕明;赵永胜;刘志峰;杨文通;;多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析[J];机械工程学报;2012年03期

7 陆博迪;孟迪文;陆鸣;赵京轶;谢周敏;杨建军;;无人机在重大自然灾害中的应用与探讨[J];灾害学;2011年04期

8 胡世军;张富;邓洋;韩健;;基于HyperWorks的进给箱体拓扑优化设计[J];机械与电子;2011年09期

9 赵强;朱雄;邝坤阳;刘晨曦;;大学生方程式赛车车架的拓扑优化设计[J];农业装备与车辆工程;2011年07期

10 沈安林;肖守讷;;车体结构多目标拓扑优化设计探讨[J];铁道机车车辆;2011年03期

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本文编号：723926