本文關(guān)鍵詞：太陽能無人飛機復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

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【摘要】：太陽能無人飛機以太陽能為能源,是一種環(huán)保節(jié)能的飛行器,在大力發(fā)展新型能源的趨勢下,這種新型環(huán)保能源飛機已經(jīng)成為一個發(fā)展熱點。太陽能無人機大都采用大展弦比機翼為其提供足夠的升力,這類無人機的機翼結(jié)構(gòu)主要采用比強度高的先進(jìn)輕質(zhì)復(fù)合材料從而減輕結(jié)構(gòu)重量并且節(jié)約能源和材料。復(fù)合材料的應(yīng)用可以大大提高無人機結(jié)構(gòu)的效率,改善和提高太陽能無人機的整體性能。設(shè)計太陽無人飛機時應(yīng)采用先進(jìn)的設(shè)計方法來滿足嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)要求,太陽能無人機結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果可以為太陽能無人機優(yōu)化設(shè)計提供參考。本文將分析優(yōu)化太陽能無人機復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)。通過分析太陽能無人飛機機翼設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)需求,選擇雙梁-蒙皮結(jié)構(gòu)形式的機翼,這種結(jié)構(gòu)形式的機翼可以充分發(fā)揮梁結(jié)構(gòu)的抗彎和抗扭的特性,從而減小機翼蒙皮的應(yīng)力,防止鋪設(shè)在機翼上蒙皮的太陽能電池板的損壞。載荷會導(dǎo)致機翼中大量的薄壁結(jié)構(gòu)發(fā)生復(fù)雜非線性大變形。通過非線性有限元方法建立雙梁-蒙皮形式的機翼有限元模型,運用限元軟件ABAQUS流體分析模塊計算機翼翼型的載荷分布,然后按照流體分析獲得的載荷分布給機翼結(jié)構(gòu)施加外載荷,分析設(shè)計中的三種梁結(jié)構(gòu)形式機翼力學(xué)特性,可以提高機翼的設(shè)計效率和可靠性。對比相同載荷條件下三種梁結(jié)構(gòu)機翼的力學(xué)特點,分析了三種梁結(jié)構(gòu)機翼的抗彎和抗扭特性,并通過模態(tài)分析獲得機翼的振動特性。依據(jù)分析結(jié)果優(yōu)選出具有良好抗彎和抗扭特性,以及良好的工藝性的方形梁結(jié)構(gòu)機翼。最后,分析了翼肋結(jié)構(gòu)的屈曲特性及不同蒙皮鋪設(shè)層數(shù)和鋪設(shè)角度對翼肋屈曲特性的影響,并且優(yōu)化減少了48%的翼肋重量,從而減輕了11.7%的機翼整體結(jié)構(gòu)重量。研究結(jié)果可以為太陽能無人機機翼設(shè)計提供重要參考。
【關(guān)鍵詞】：太陽能無人機 機翼結(jié)構(gòu) 非線性有限元 力學(xué)分析 屈曲 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V214.8
【目錄】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 緒論7-18
• 1.1 引言7-8
• 1.2 研究背景8-9
• 1.3 太陽能無人機發(fā)展現(xiàn)狀9-14
• 1.4 復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用14-16
• 1.5 論文課題來源與主要研究內(nèi)容16-17
• 1.5.1 論文課題來源16
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容16-17
• 1.6 本章小結(jié)17-18
• 2 機翼設(shè)計要求與結(jié)構(gòu)有限元建模18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求與指標(biāo)18-19
• 2.3 機翼結(jié)構(gòu)形式的確定19-20
• 2.4 機翼結(jié)構(gòu)有限元建模20-32
• 2.4.1 非線性問題的求解方法20-25
• 2.4.2 機翼有限元模型25-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 3 機翼結(jié)構(gòu)靜力分析與模態(tài)分析33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 單元應(yīng)力與應(yīng)變的求解方法33-34
• 3.3 單向板強度準(zhǔn)則34-35
• 3.4 機翼載荷計算35-36
• 3.5 機翼自重分析36-38
• 3.6 不同形式梁機翼結(jié)構(gòu)靜強度計算結(jié)果分析38-44
• 3.6.1 機翼靜強度分析38-43
• 3.6.2 三種梁結(jié)構(gòu)機翼的對比分析43-44
• 3.7 機翼結(jié)構(gòu)模態(tài)分析44-47
• 3.8 本章小結(jié)47-48
• 4 機翼結(jié)構(gòu)與冀肋板屈曲分析48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 屈曲分析理論48-52
• 4.3 基于ABAQUS的屈曲分析52-60
• 4.3.1 機翼結(jié)構(gòu)線性屈曲計算分析53-56
• 4.3.2 復(fù)合材料翼肋板線性屈曲分析56-57
• 4.3.3 蒙皮鋪層方式對翼肋載荷因子的影響57-58
• 4.3.4 翼肋板后屈曲分析58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 機翼翼肋結(jié)構(gòu)優(yōu)化61-70
• 5.1 引言61
• 5.2 變密度優(yōu)化方法61-62
• 5.3 ABAQUS優(yōu)化模塊62-64
• 5.4 優(yōu)化結(jié)果分析64-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 6 結(jié)論與展望70-71
• 6.1 結(jié)論70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74-75
• 致謝75-77

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本文編號：527375