考虑稳定性的复合材料机翼盒段优化分析

为了降低机翼结构的重量,对大展弦比复合材料机翼盒段分块进行优化设计,将各块的尺寸参数看作设计变量,应变和屈曲因子看作约束条件.经过优化后机翼结构重量下降9.36%,减重效果明显,并且满足所有约束.进一步分析了不同的扭转角和位移约束值对优化结果的影响.结果表明:在设计允许的范围内,扭转角约束对优化后机翼结构的重量影响较大;当约束值大于一定的范围后,位移约束对优化后机翼结构的重量影响变小.     

基于各向正交惩罚材料密度法的汽车控制臂的优化设计

建立了以刚度最优值(最小柔顺性)为目标函数,体积约束作为约束条件,有限元单元的相对密度为设计变量的汽车控制臂结构拓扑优化模型,对多功能车上使用的A型控制臂结构在概念设计阶段进行了拓扑优化。优化过程中采用各向正交惩罚材料密度法(SIMP)理论建立数学模型,并应用优化准则算法求解数学模型,得到控制臂的概念设计优化模型,为结构详细设计阶段的形状优化和尺寸优化提供设计依据。从结构概念设计的结果知:优化设计过程较稳定、能有效满足概念设计的需要。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

多相材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

为了实现机翼前缘连续变形及结构轻量化,利用多相材料进行了柔性机翼前缘结构的设计。在轮换主动相变量算法的基础上,以选定前缘初始曲线上9个坐标点的实际位移和目标位移的偏差为目标函数,各相材料的体积分数作为约束,建立多相材料柔性机构拓扑优化模型,采用OC优化准则法进行求解。编写MATLAB程序,计算得到了清晰的两相实体材料前缘结构优化结果。利用CATIA软件对优化结果进行几何模型重构,并将重构后的模型导入HyperWorks软件进行仿真分析,结果表明多相材料机翼前缘柔性机构能够实现最大9.1°的连续偏转。     

基于ESO的约束阻尼板拓扑优化设计研究

基于渐进结构拓扑优化方法（Evolution Structural Optimization，ESO），以阻尼材料用量为约束条件、模态损耗因子最大化为目标函数，研究了约束阻尼板结构的拓扑优化设计问题，推导了灵敏度分析公式，给出了阻尼结构拓扑优化设计方法，得到了在一定阻尼材料用量下约束阻尼板结构的模态损耗因子最大的拓扑构形。该方法对于阻尼结构的优化设计有一定的意义，具有较强的工程实用性。     

某型机翼翼梁结构优化设计研究

在进行某型飞机机翼翼梁设计时,在翼梁拓扑优化中,基于有限元分析方法建立了以翼梁腹板的最小柔顺度为目标函数、以体积分数为约束条件、腹板单元密度为设计变量的数学模型,通过对翼梁腹板进行拓扑优化获得了翼梁刚度提升的结构形式;在翼梁尺寸优化中,建立了以翼梁体积最小为目标函数、以梁的许用应力为约束条件、单元厚度为变量的数学模型,并进行了主梁/后梁结构的尺寸优化。优化后主梁、后梁结构减重分别达26.5%及27.7%,一阶频率分别从1.17 Hz和4.34 Hz增加至2.26 Hz和4.59 Hz。初步实现了机翼翼梁结构的轻量化设计目标。     

复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

以NACA2418标准翼型前缘为研究对象,提出一种基于离散材料优化(DMO)法的复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计方法。将离散材料优化(DMO)法与拓扑优化相结合,设计一种机翼前缘柔性机构来实现自适应连续变形,选定机翼前缘上10个离散点的实际位移与目标位移的偏差为目标函数,采用统一拓扑和多相材料优化的材料插值方案建立数学模型,最后用OC优化准则求解。利用MATLAB编程获得机翼前缘的拓扑结构,使用CATIA对拓扑结构进行三维建模,最后将得到的三维几何模型导入Hyperworks软件进行仿真分析。结果表明,机构可实现机翼前缘0°到9.3°的连续偏转,验证了该方法的可行性。     

准静态方法在大型飞机机翼盒段静力破坏分析仿真中的应用

机翼盒段结构静强度问题复杂,开展盒段承载特性研究,对机翼结构精细化设计、重量优化及降低研制成本等具有重要意义。借助显格式技术,考虑材料非线性及损伤特性,在准静态限制内对典型的机翼盒段试验件的静力加载破坏过程进行了分析仿真。分析得到的盒段应变分布及破坏强度均与试验结果吻合度较好。研究结果为评估飞机装配结构的极限强度提供了一定参考。     

拓扑优化技术在机翼前缘设计中的应用

针对柔性机构实现机翼前缘变形问题,应用连续体拓扑优化技术,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标函数,材料用量和屈服应力为约束,并考虑到机翼表面受载荷约束等实际情况,建立SIMP(solid isotropic material with penalization)密度刚度插值的拓扑优化模型。分别采用Mat-lab及Ansys软件对柔性机构优化设计和仿真分析,并最终进行了铝合金实物模型形变实验。研究结果显示:机翼前缘断面模型在0~1 N/mm均布外载约束下,可实现0~6.7°理想的机翼前缘变形。     

大展弦比机翼结构拓扑优化研究

以六面体固支结构为小构件模型,研究了基本渐进结构优化方法(ESO)在简单结构拓扑优化中的应用,并且把改进的ESO算法应用到大展弦比机翼结构拓扑优化中.结果表明:(1)基本ESO算法在简单拓扑优化中具有算法简单、容易实现的优点;(2)基本ESO算法针对大辰弦比机翼的拓扑优化研究具有一定的局限性,需要进行改进;(3)应用改进后的ESO算法对大展弦比机翼进行拓扑优化可以得到合理的优化结构.