發(fā)布時間：2017-07-19 15:07

  本文關(guān)鍵詞：蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻響特性分析與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 頻響特性 響應(yīng)面法 多目標(biāo)優(yōu)化

【摘要】：在現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域內(nèi),飛行器能否保持穩(wěn)定優(yōu)良的飛行狀態(tài)一直被普遍關(guān)注�，F(xiàn)代飛行器的發(fā)展方向是擁有自適應(yīng)機(jī)翼,以便于在可控范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的自主形變——平面的拉伸和壓縮、空間上的彎曲扭轉(zhuǎn)等——來適應(yīng)不同的空中環(huán)境變化。自適應(yīng)機(jī)翼的研究重點(diǎn)是研制超彈性蒙皮,使其既可以形成流線型的機(jī)翼外表面,又可以承受垂直于其表面的局部氣動載荷,還能夠通過智能控制,實(shí)現(xiàn)上述的各種自主形變�，F(xiàn)階段,這種同時具備荷載能力和較大形變的超彈性蒙皮已經(jīng)歷過一些嘗試,但在變形量、剛度、強(qiáng)度和抗振性等方面都不能很好地滿足未來飛行器的要求。本文基于國家級自然基金課題“超彈性蒙皮結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、變形機(jī)理研究”(項(xiàng)目編號：51075380),將現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)蜂窩芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用于超彈性蜂窩芯蒙皮,針對現(xiàn)階段蒙皮結(jié)構(gòu)的不足以及各類蜂窩芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),選用負(fù)泊松比六邊形蜂窩芯結(jié)構(gòu),采取柔順蜂窩芯布局,希望將結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)、較大的變形能力和較強(qiáng)的抗振性等全面考慮,設(shè)計出能夠具有普適性和可控性的自適應(yīng)機(jī)翼蒙皮結(jié)構(gòu)。此種機(jī)翼蒙皮的設(shè)計核心為負(fù)泊松比六邊形蜂窩結(jié)構(gòu),對其結(jié)構(gòu)性能的研究成為超彈性蒙皮研制的首要問題。 本文針對負(fù)泊松比蜂窩拓?fù)涞念l響特性問題,設(shè)定參數(shù)為蜂窩芯結(jié)構(gòu)的主要尺寸,以提高蜂窩芯前二階固有頻率和減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量為目標(biāo),將響應(yīng)面法應(yīng)用于蜂窩結(jié)構(gòu),選取二次表達(dá)式構(gòu)造研究對象與目標(biāo)間的近似函數(shù)關(guān)系。設(shè)計16次正交試驗(yàn),進(jìn)行ANSYS頻響特性分析,使用加權(quán)系數(shù)法對各目標(biāo)設(shè)定一定的權(quán)重系數(shù),將前二階固有頻率和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的多目標(biāo)優(yōu)化集合為單目標(biāo)優(yōu)化,引入遺傳算法,對此單目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行迭代和求解。具體算例表明,優(yōu)化后的蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在抗振性上有較大的提高,結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也有了顯著的降低。此種方法為超彈性柔順蜂窩芯蒙皮的設(shè)計提供了一定的理論支持。文章主要包含以下幾個方面的內(nèi)容。 1.總結(jié)和闡釋了國內(nèi)外關(guān)于智能飛行器尤其是自適應(yīng)機(jī)翼的研究現(xiàn)狀,同時介紹和分析了研制超彈性蒙皮所需的智能材料和蜂窩結(jié)構(gòu),其中負(fù)泊松比六邊形蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是本文的研究重點(diǎn)。本文針對此結(jié)構(gòu)展開研究框架,實(shí)施研究內(nèi)容,奠定了以負(fù)泊松比六邊形蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研制超彈性蒙皮的基礎(chǔ)。 2.運(yùn)用響應(yīng)面算法對蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固有頻率建模。闡述響應(yīng)面法的原理和優(yōu)勢,同時在響應(yīng)面法的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型中加入了中心展開點(diǎn),對算法進(jìn)行了改進(jìn)。確立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型參數(shù),針對該結(jié)構(gòu)的頻響特性建立低階固有頻率的數(shù)學(xué)模型,并確立了以復(fù)相關(guān)系數(shù)為基礎(chǔ)的兩種響應(yīng)面建模方法的統(tǒng)計評價指標(biāo)。分析和應(yīng)用了響應(yīng)面法中所使用的正交試驗(yàn)法,構(gòu)建了建模—試驗(yàn)—優(yōu)化的基本流程。 3. ANSYS有限元仿真試驗(yàn),建立低階蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固有頻率數(shù)學(xué)模型。對有限元法的原理和ANSYS軟件操作做了一定的闡述,使用APDL語言對蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模,利用設(shè)計的16次正交試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真試驗(yàn),得到前四階模態(tài)振型以及固有頻率數(shù)值。推導(dǎo)出了以蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)為基礎(chǔ)的低階固有頻率數(shù)學(xué)模型。 4.遺傳算法優(yōu)化,提高結(jié)構(gòu)的前二階固有頻率,以最優(yōu)集的方式將前二階固有頻率模型的多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)優(yōu)化,最終大幅提升了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前二階固有頻率,同時得到了該模式下的參數(shù)組合。 以理論建模、仿真試驗(yàn)分析和算法優(yōu)化相結(jié)合的研究方法,可靠性較高,為超彈性蜂窩蒙皮的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ),也為自適應(yīng)機(jī)翼的穩(wěn)定性研究提供了理論支持。
【關(guān)鍵詞】：蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 頻響特性 響應(yīng)面法 多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V214.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 研究背景及目的12
• 1.2 智能變形飛行器與自適應(yīng)機(jī)翼12-20
• 1.2.1 智能變形飛行器研究進(jìn)展12-17
• 1.2.2 自適應(yīng)機(jī)翼研究進(jìn)展17-20
• 1.3 智能材料與蜂窩結(jié)構(gòu)20-25
• 1.3.1 智能材料20-22
• 1.3.2 蜂窩結(jié)構(gòu)特性22-25
• 1.3.3 蜂窩結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展25
• 1.4 論文來源及主要內(nèi)容25-28
• 第2章 基于響應(yīng)面法建立蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固有頻率數(shù)學(xué)模型28-42
• 2.1 響應(yīng)面法原理及優(yōu)勢28-36
• 2.1.1 響應(yīng)面法理論建模29-32
• 2.1.2 加入中心點(diǎn)后的矩陣算法改進(jìn)32-33
• 2.1.3 建立響應(yīng)面法多目標(biāo)優(yōu)化流程及h參數(shù)的引入33-35
• 2.1.4 響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)計評價指標(biāo)35-36
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計36-40
• 2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計36-37
• 2.2.2 正交設(shè)計應(yīng)用于蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)37-40
• 2.3 本章小結(jié)40-42
• 第3章 有限元仿真分析試驗(yàn)及模型驗(yàn)證42-57
• 3.1 有限元法原理及過程42-43
• 3.2 前處理43-49
• 3.2.1 蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)體模型44-46
• 3.2.2 定義材料特性46-47
• 3.2.3 網(wǎng)絡(luò)劃分及模型加載47-49
• 3.3 ANSYS模態(tài)分析49-53
• 3.3.1 模態(tài)分析原理49
• 3.3.2 ANSYS模態(tài)分析及模態(tài)擴(kuò)展49-50
• 3.3.3 對有限元模態(tài)仿真結(jié)果分析50-53
• 3.4 前二階固有頻率數(shù)學(xué)模型53
• 3.5 數(shù)學(xué)模型擬合程度評價53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-57
• 第4章 遺傳算法進(jìn)行頻響特性優(yōu)化57-63
• 4.1 遺傳算法簡介57-60
• 4.2 蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化60-61
• 4.3 本章小結(jié)61-63
• 第5章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 總結(jié)63
• 5.2 展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-71
• 碩士研究生階段發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：563457