本文關(guān)鍵詞：太陽能無人機復(fù)合材料機身結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 太陽能無人機 復(fù)合材料 有限元分析 拓撲優(yōu)化

【摘要】：在太陽能無人機領(lǐng)域的復(fù)合材料應(yīng)用越發(fā)的廣泛,它所具備的更輕質(zhì)的重量、更好的整體性能和更長的使用壽命,使其成為了太陽能無人機的最優(yōu)選擇,也是太陽能無人機研究中的關(guān)鍵方向。復(fù)合材料的應(yīng)用在加大無人機設(shè)計空間的同時也大大增加的設(shè)計的難度。由于太陽能無人機對結(jié)構(gòu)需求的苛刻性,采用傳統(tǒng)的初始設(shè)計、性能校核、經(jīng)驗修改的設(shè)計方式已經(jīng)難以滿足設(shè)計要求,且設(shè)計周期漫長,工作量巨大。但是若運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),通過修改結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、拓撲等信息,就能夠計算出滿足一定性能和目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。這種方法更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),將結(jié)構(gòu)設(shè)計從經(jīng)驗設(shè)計層面提高到理論設(shè)計的層面,從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。本文以某新型太陽能無人機復(fù)合材料機身為研究對象,主要研究內(nèi)容如下：首先,對該型無人機的主要技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行了需求性分析；研究了機身氣動載荷向結(jié)構(gòu)載荷的轉(zhuǎn)換方法,并得出了較好的轉(zhuǎn)換結(jié)果;對蜂窩復(fù)合材料力學(xué)特性等效理論進行了研究,并計算出蜂窩復(fù)合材料的等效參數(shù)。在Abaqus有限元軟件中建立了機身有限元模型并進行了靜力分析,得到了機身結(jié)構(gòu)整體的強度、剛度信息,為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計提供參考。通過分析該無人機的實際應(yīng)用情況,針對機身結(jié)構(gòu)梁進行了選型優(yōu)化與尺寸優(yōu)化,提出了管梁、箱型梁和工字梁三種形式,并分別進行了有限元分析加以結(jié)果對比,選擇了箱型梁進行尺寸優(yōu)化,以重量不變?yōu)榧s束,得到當(dāng)前載荷工況下最優(yōu)的主副梁截面尺寸。最后,對結(jié)構(gòu)優(yōu)化與拓撲優(yōu)化理論進行了研究,并利用變密度法對機身結(jié)構(gòu)肋片的減輕孔進行了拓撲優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果得出的設(shè)計方案與根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計的方案進行對比。該型無人機機身結(jié)構(gòu)梁形式與尺寸對分析結(jié)果和機身肋片減輕孔的拓撲優(yōu)化結(jié)果,較為令人滿意,為該型無人機后續(xù)的改進優(yōu)化設(shè)計提供了有意義的參考方案。
【關(guān)鍵詞】：太陽能無人機 復(fù)合材料 有限元分析 拓撲優(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3-4
• abstract4-8
• 1 緒論8-23
• 1.1 引言8
• 1.2 太陽能無人機的研究背景8-10
• 1.3 太陽能無人機在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀10-21
• 1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀10-19
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 研究的意義21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-23
• 2 機身結(jié)構(gòu)有限元建模23-31
• 2.1 有限元方法23
• 2.2 機身結(jié)構(gòu)分析23-25
• 2.3 有限元模型建立與處理25-28
• 2.4 載荷計算方式28-30
• 2.5 材料參數(shù)30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 3 蜂窩材料等效特性31-36
• 3.1 引言31-32
• 3.2 蜂窩材料層合板等效理論32-35
• 3.2.1 等效板理論(Reissner和Hoff理論)32-33
• 3.2.2 蜂窩板理論33-34
• 3.2.3 改進的Allen理論34-35
• 3.2.4 三明治夾心板理論35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 機身結(jié)構(gòu)梁有限元分析36-47
• 4.1 機身結(jié)構(gòu)梁選型分析36-44
• 4.2 機身結(jié)構(gòu)箱型梁尺寸分析44-46
• 4.3 本章小結(jié)46-47
• 5 機身結(jié)構(gòu)肋片拓撲優(yōu)化設(shè)計47-57
• 5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法47
• 5.2 拓撲優(yōu)化原理與變密度法47-49
• 5.2.1 拓撲優(yōu)化原理47-48
• 5.2.2 變密度法48-49
• 5.3 機身肋片減輕孔拓撲優(yōu)化設(shè)計49-56
• 5.3.1 減輕孔拓撲優(yōu)化流程49-50
• 5.3.2 減輕孔拓撲優(yōu)化結(jié)果50-51
• 5.3.3 優(yōu)化設(shè)計與經(jīng)驗設(shè)計對比51-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 6 總結(jié)與展望57-60
• 6.1 全文總結(jié)57
• 6.2 工作展望57-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63-64
• 致謝64-66

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