复合材料定向管轻量化设计

为了获得性能好质量轻的定向管,建立了以质量最小为目标函数,以刚强度要求为约束条件,以复合材料的铺层厚度和缠绕角为优化设计变量的复合材料定向管优化数学模型.应用Python语言实现ABAQUS的二次开发,得到了复合材料定向管的参数化有限元模型.选用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化策略,基于iSIGHT优化平台建立了定向管动力学优化求解框架.优化后的复合材料定向管刚强度满足设计要求,质量减小21.9%.     

通用飞机复合材料翼尖结构强度分析

目的针对一种通用飞机机翼翼尖结构进行有限元建模,对结构存在大开口的下蒙皮维修口盖处的强度进行分析,并对结构参数进行优化.方法基于机翼翼尖结构模型通过PATRAN进行有限元模型建立、网格划分以及加载边界条件,并使用NASTRAN对模型进行分析计算,得出的数据再配以公式主要针对下蒙皮结构的Tsai-Wu失效准则进行分析,得出结果并对结构参数进行优化.结果结果表明:计算结果下蒙皮口盖存在局部应力值过高,其Tsai-Wu的最大失效指数为1.87;利用经典层合板理论进行优化后翼尖下蒙皮临界失效指数为0.821,应力水平明显降低满足设计要求.结论通过翼尖结构数模使用PATRAN建立机翼翼尖的有限元模型,并通过有限元分析得出的结果对结构设计进行优化,为结构设计优化提供了数据支撑,同时减少了相关的结构试验.     

基于气动弹性载荷的电动飞机复合材料机翼结构优化及试验验证

基于柔度法静气弹分析方法,对电动飞机复合材料机翼考虑气动弹性载荷的结构优化方法进行研究。以考虑翼型弯度的涡格法计算机翼气动载荷,并与计算流体力学(CFD)计算结果进行对比,验证其准确性。使用遗传算法对机翼结构进行铺层优化,以铺层度及铺层角度百分比为优化变量,结构质量最低为优化目标,强度及复合材料工艺性作为设计约束,对机翼结构进行优化,计算强度时考虑气动弹性载荷。最后通过静力试验验证仿真结果的准确性。研究表明直机翼考虑气动弹性载荷后翼根弯矩、剪力及扭矩均有增加,基于该优化方法可设计合适的机翼结构刚度,在满足强度设计要求同时能达到减重目的。     

复合材料屋面板轻量化设计

将玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)应用于建筑屋面板,为了降低造价和质量,对复合材料屋面板的铺层厚度进行优化.基于Optistruct求解器,采用数学规划法,结合屋面板设计需求,确定设计变量、约束条件和目标函数,建立屋面板优化模型.通过控制复合材料失效因子和板的屈曲因子,约束结构位移,以质量作为目标函数开展优化设计.分析优化前后板的力学性能可得:在满足屋面板刚度的要求下,实现了结构的轻量化.     

基于非线性梁理论的复合材料机翼气动弹性优化研究

将复合材料机翼模拟成盒形梁。考虑变形的几何非线性,建立简单、精确的气弹模型进行优化裁剪研究。以颤振速度为约束条件,运用均匀导数准则对复合材料各铺层厚度进行优化,以获得质量最轻的设计。研究表明:机翼一阶扭转模态是颤振危险模态。颤振速度对复合材料45o铺层敏度最大。优化结果中增加了45o铺层厚度以增加结构扭转刚度,减小了0o和90o铺层厚度以优化质量。将低阶非线性梁模型与均匀导数准则相结合的方法具有精度合理、收敛快的优点,适用于复合材料机翼的气弹工程优化。     

基于载荷设计的电动飞机复合材料机翼结构优化方法及试验验证

基于柔度法静气弹分析方法,对电动飞机复合材料机翼考虑气动弹性载荷的结构优化方法进行研究。以考虑翼型弯度的涡格法计算机翼气动载荷,并与CFD计算结果进行对比,验证其准确性。使用遗传算法对机翼结构进行铺层优化,以铺层度及铺层角度百分比为优化变量,结构重量最低为优化目标,强度及复合材料工艺性作为设计约束,对机翼结构进行优化,计算强度时考虑气动弹性载荷。最后通过静力试验验证仿真结果的准确性。研究表明直机翼考虑气动弹性载荷后翼根弯矩、剪力及扭矩均有增加,基于该优化方法可设计合适的机翼结构刚度,在满足强度设计要求同时能达到减重目的。     

基于复形调优法的复合材料身管优化

通过结构优化设计可以获得重量轻刚度好的复合材料火炮身管。根据设计要求,建立复合材料身管结构优化模型,以各层材料厚度和复合材料层的缠绕角为优化设计变量,身管强度和重量为约束条件,身管刚度为优化目标。结合有限元计算模型和复形调优法,建立复合材料身管结构优化的求解框架,并进行了编程求解。优化算例表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,一阶固有频率提高了12．14％。     

大跨张弦桁架结构尺寸优化设计研究

以结构重量为优化目标函数,以杆件截面为设计变量,对大跨张弦桁架结构进行尺寸优化设计研究,考虑了杆件长细比、强度和稳定以及结构刚度等约束条件.杆件截面设计变量采用现行规格离散值,利用直接搜索法进行优化搜索.研究表明,大跨张弦桁架结构设计是由结构刚度条件控制的,直接搜索法与离散设计变量联合使用提高了优化搜索速度.     

基于神经网络的机翼结构载荷模型建立方法

建立以飞行参数为变量的机翼结构载荷模型是飞行安全监控及飞机疲劳寿命估算的重要技术基础.首先将机翼燃油质量对其结构载荷的影响分离,在此基础上依据飞机结构载荷与飞行参数间的相关性,通过相关分析结合主成分分析的方法确定了低维数且互不相关的建模参数,并采用高斯-伯努利受限玻尔兹曼机预训练的BP神经网络方法实现了模型建立.以飞机跨音速俯仰机动为例,建立了机翼某测载剖面剪力模型,模型验证结果表明,预训练可有效降低模型初始误差,提升建模效率及精度.     

民用飞机复合材料翼面结构设计优化研究

碳纤维复合材料(CFRP)已成为民用飞机结构的主材料.特别是复合材料在机翼、尾翼结构上的应用,对于民用飞机减轻结构重量,改善飞行品质,降低维护成本,延长使用寿命等方面具有显著效果.该文面向飞机复合材料结构的工程研发,研完井总结了复合材料翼面结构设计与优化的任务、方法及流程.通过算例分析验证了方法的有效性及适用性.