本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料翼盒結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性?xún)?yōu)化問(wèn)題研究

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【摘要】：飛行器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜且需要不斷反復(fù)的工作,需要在很多互相矛盾的要求之間進(jìn)行權(quán)衡。比如,在保證盡可能高的顫振/發(fā)散速度的同時(shí),還要滿足足夠的靜強(qiáng)度要求以及盡可能低的重量。隨著材料工業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展,復(fù)合材料由于比強(qiáng)度高、比剛度大的特性,逐漸成為飛行器設(shè)計(jì)時(shí)的首選。以強(qiáng)度和氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性為約束條件,以總體質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù),尋找最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,這就是典型的結(jié)構(gòu)氣彈優(yōu)化問(wèn)題。在傳統(tǒng)計(jì)及氣彈約束的優(yōu)化方法中,氣彈約束一般采用頻域方法計(jì)算,但該方法所得的阻尼信息往往失真；優(yōu)化方法一般基于梯度信息,但該方法存在很多固有缺陷,如：容易陷入局部最優(yōu)。本文在拉氏域中進(jìn)行顫振計(jì)算,采用遺傳算法對(duì)復(fù)合材料翼盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,力圖解決上述問(wèn)題。具體研究工作和結(jié)論如下：1)從氣彈問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)方程入手,討論了氣彈穩(wěn)定性分析的多種方法,包括k法、pk法、p法和根軌跡法。pk法和k法可以快速確定顫振和發(fā)散速度,但得到的阻尼信息是無(wú)意義(k法)或近似的(pk法)。拉氏域方法,如p法和根軌跡法可以有效解決該問(wèn)題,但難于快速獲取拉氏域下有阻尼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的氣動(dòng)載荷。通過(guò)有理函數(shù)擬合的方法,將頻域氣動(dòng)力延拓至拉氏域,并在狀態(tài)空間模型下進(jìn)行系統(tǒng)矩陣的特征值問(wèn)題求解。2)為了解決“模態(tài)交叉”的問(wèn)題,發(fā)展了一種基于左特征向量的模態(tài)跟蹤方法——正交檢驗(yàn)法,與傳統(tǒng)的MAC值法相比具有更高的穩(wěn)定性；通過(guò)算例檢驗(yàn)了正交檢驗(yàn)法的穩(wěn)定性,并將根軌跡法與pk法進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了其有效性。3)為了克服傳統(tǒng)梯度法的缺陷,針對(duì)復(fù)合材料翼盒建立了基于遺傳算法的優(yōu)化平臺(tái),能夠同時(shí)考慮靜強(qiáng)度、氣彈穩(wěn)定性等多學(xué)科的約束條件,且易于處理復(fù)合材料翼盒中的離散變量問(wèn)題,其中包括靜強(qiáng)度分析模塊、氣彈穩(wěn)定性分析模塊和優(yōu)化分析模塊。4)分別在三種工況下對(duì)某翼盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：首先將翼盒材料定義為全金屬,考慮其在氣彈穩(wěn)定性約束下的優(yōu)化問(wèn)題,此時(shí)設(shè)計(jì)變量較少,優(yōu)化結(jié)果可與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證上述優(yōu)化平臺(tái)的可靠性；接著將金屬蒙皮改為復(fù)合材料蒙皮,考慮其在靜強(qiáng)度約束下的優(yōu)化問(wèn)題,驗(yàn)證了優(yōu)化平臺(tái)對(duì)復(fù)合材料翼盒的優(yōu)化能力；最后引入氣彈穩(wěn)定性約束,將經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模型臨界速度提高100%。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V215.3;TB33

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：1171357