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大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计

作者：王伟 Publish: 2007-5-23 Hits:-

【中文题名】

大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计

【英文题名】

【学科专业】

飞行器设计

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-5-23

【中关键词】

大展弦比飞翼结构,布局优化,拓扑优化,ESO,复合形法,MSC.NASTRAN

【英关键词】

Flying wing with high aspect-ratio,Layout optimization,Topology optimization,Evolutionary structural optimization,Complex method,MSC.NASTRAN,

【分类导航】

航空、航天>航空>基础理论及试验>航空器结构力学>结构分析与计算>机翼和尾翼

【论文摘要】

本文重点开展了大展弦比飞翼布局无人机机翼结构的布局优化设计研究。布局优化是优化设计的难点与最具有挑战性的工作，直接关系着整个结构设计的优劣与成败。该机翼结构规模大，设计变量多，影响因素复杂，使得优化设计工作的开展更加困难。为了降低问题的复杂程度和设计变量的规模，本文重点考虑了机翼主承力元件翼梁的布局优化设计。采用多级优化的思想，提出了一种两级三层优化设计方法。第一级优化采用拓扑优化手段得到了翼梁的大致位置与数目，重点研究了变密度法和ESO(Evolutionary Structure Optimization)方法，并对ESO方法进行改进，使之适合机翼结构的拓扑优化设计；第二级采用杂交算法来完成形状优化和尺寸优化的综合优化设计，将复合形法与NASTRAN的改进的可行方向法相结合，分别优化翼梁的位置和机翼各元件的几何尺寸，两者相互交替，相互嵌套，最终完成了机翼结构的布局优化设计。在整个布局优化设计中，拓扑优化是独立的，形状优化与尺寸优化是相互关联的。第一级优化是第二级优化的基础，第二级优化是第一级优化的修正与发展。通过对大展弦比飞翼结构优化说明，本文所提的两级三层优化方法是可行的...

【论文题纲】

摘要	3-4
ABSTRACT	4-5
目录	5-8
第1章绪论	8-14
1.1 研究背景与任务来源	8-10
1.2 结构优化设计分类与概况	10-12
1.2.1 结构优化设计分类	10
1.2.2 结构优化的研究现状	10-12
1.3 本论文主要工作	12-13
1.4 小结	13-14
第2章机翼结构初步设计方案	14-23
2.1 飞翼结构性能参数和几何外形	14-15
2.1.1 基本飞行参数	14
2.1.2 几何外形参数	14-15
2.2 机翼的作用和结构设计要求	15-16
2.2.1 机翼的功用	15
2.2.2 机翼的结构设计要求	15-16
2.3 结构设计技术指标	16
2.4 飞机机翼翼面主要结构形式	16-20
2.4.1 机翼结构形式选择	16-17
2.4.2 大展弦比飞翼的结构特点	17
2.4.3 机翼结构形式选择依据	17-18
2.4.4 机翼结构形式的确定	18-20
2.5 飞翼初始阶段结构设计不足之处	20-21
2.5.1 飞翼初始阶段结构设计结果概述	20-21
2.5.2 初始阶段结构设计不足之处	21
2.6 小结	21-23
第3章机翼结构拓扑优化设计方法	23-37
3.1 前言	23
3.2 结构拓扑优化技术发展过程和基本原理	23-25
3.2.1 结构拓扑优化技术发展过程概述	23-24
3.2.2 结构拓扑优化方法基本原理简介	24-25
3.3 改进的渐进结构拓扑优化方法	25-30
3.3.1 基本的渐进结构拓扑优化设计方法	25-26
3.3.2 改进的渐进结构拓扑优化方法	26-27
3.3.3 算例	27-30
3.4 变密度法拓扑优化方法	30-35
3.4.1 变密度法数学模型描述	30-31
3.4.2 使用准则法对优化模型求解	31-32
3.4.3 灵敏度分析	32-33
3.4.4 优化准则的推导	33-34
3.4.5 算例	34-35
3.5 小结	35-37
第4章机翼结构形状尺寸综合优化设计方法	37-48
4.1 PCL参数化建模方法	37-39
4.1.1 MSC.PATRAN/NASTRAN简介	37
4.1.2 PCL语言简介	37-38
4.1.3 参数化建模方法	38-39
4.2 杂交算法的构成	39-43
4.2.1 复合形法原理简介	40-42
4.2.2 NASTRAN的优化方法—改进的可行方向法	42-43
4.3 基于杂交算法的机翼结构形状优化设计	43-45
4.3.1 形状优化设计问题的描述	43
4.3.2 杂交算法的构成与在机翼形状优化中的实现	43-45
4.4 优化算例	45-47
4.5 小结	47-48
第5章大展弦比机翼结构拓扑、形状与尺寸优化设计	48-67
5.1 复杂机翼结构拓扑、形状与尺寸综合优化设计方法选择	49-51
5.1.1 机翼结构布局综合优化问题描述	49
5.1.2 复杂机翼结构布局优化策略的选择	49-51
5.2 大展弦比机翼结构拓扑优化设计及结果分析	51-57
5.2.1 基于改进 ESO方法的机翼拓扑优化设计	51-54
5.2.2 基于 RAMP插值模型的变密度法拓扑优化设计	54-56
5.2.3 机翼拓扑优化结果分析	56-57
5.3 大展弦比机翼结构形状与尺寸优化综合优化设计与结果分析	57-65
5.3.1 参数化有限元模型的建立	57-59
5.3.2 优化设计的各要素的选取	59-60
5.3.3 优化的实现与结果分析	60-65
5.4 大展弦比机翼结构整体优化结果分析	65-66
5.5 小结	66-67
第6章总结与展望	67-69
6.1 全文总结	67-68
6.2 工作展望	68-69
参考文献	69-72
作者攻读硕士期间发表论文及获奖情况	72-74
1.发表论文情况	72-73
2.获奖情况	73-74
致谢	74-75

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.96974



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