考虑结构失稳特征的复合材料机翼气动弹性优化设计

发布时间：2021-08-04 00:39

　　从工程数学求解和有限元分析角度对复合材料结构的稳定性分析方法进行研究,基于这两个方面分别建立了同时考虑壁板稳定性约束和气动弹性约束的气动弹性优化技术,并以大展弦比复合材料机翼为对象,进行气动弹性综合优化设计。研究表明,机翼气动弹性优化中若不考虑稳定性约束条件,虽然可以获得较小结构重量,但往往不满足稳定性要求;相比从有限元角度考虑结构失稳特征的气动弹性综合优化设计方法,通过工程数学方法对机翼结构进行分区失稳分析优化可以更加精准地控制变量,在满足各项性能指标,特别是稳定性约束的同时,进一步减轻了结构重量,提高了结构失稳因子。 

【文章来源】：力学与实践. 2020,42(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

有限元模型示意

根据翼面层压壁板的一般设计原则和大展弦比机翼的受力特点，并参照对应金属机翼刚度分布，设置优化策略如下：上下蒙皮采用对称均衡铺层；蒙皮复合材料的0?，±45?，90?的铺层比例设定为5:4:1,0?纤维参考方向为盒段中弦线方向。上下蒙皮均沿展向分为24个区域，厚度分别用不同的设计变量进行关联优化，发动机以外蒙皮厚度沿翼尖到翼根方向递增，发动机以内始到翼根方向递减；弦向分5个区域，铺层厚度由后缘向前缘递减，蒙皮变量区域划分如图2所示；前后梁上下突缘采用6:3:1比例铺层层合板，建模时将复合材料刚度折算为各向同性材料属性后用杆单元建立。梁上下突缘的面积分别用不同的设计变量进行关联优化，前后梁上下突缘沿展向分别分为24段，如图2所示。4 优化结果分析

本文复合材料翼盒结构为常规布局，采用典型的双梁多肋、加筋蒙皮结构。机翼上下蒙皮、翼肋、前后梁腹板采用复合材料层合板单元建模，前后梁突缘、上下桁条仍采用杆单元建模，但材料属性采用复合材料层合板铺层单元刚度折算的办法进行替换；气动力计算使用亚音速偶极子格网法。结构有限元模型和气动力模型如图1所示。3 气动弹性优化设计

【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料壁板铺层参数对大展弦比机翼气动弹性优化的影响[J]. 周磊,万志强,杨超.  复合材料学报. 2013(05)
[2]大型飞机复合材料机翼壁板气动弹性优化设计[J]. 梁路,万志强,杨超.  中国科学:技术科学. 2012(06)
[3]非均衡铺层壁板复合材料机翼气动弹性分析[J]. 万志强,邵珂,杨超,王科.  复合材料学报. 2008(01)

硕士论文
[1]复合材料前掠机翼的结构优化设计[D]. 王红伟.南京航空航天大学 2010



本文编号：3320639