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题目:大型飞机曲线片型加筋壁板的设计优化研究

关键词:优化;曲线片型加筋板;屈曲;筋条加载;B样条

  摘要


减轻空载重量是大型飞机尤其是民用客机设计的关键所在。CAD技术革命、优化算法的不断发展以及有限元法、计算流体动力学、边界元法等偏微分方程求解方法的应用为飞机结构的更优设计提供了基础。加筋板作为一种典型的薄壁结构形式,广泛应用于飞机机身和机翼的盒段,提高其在不同工况下的稳定性是工程设计的迫切需求。

为进一步拓展直筋加筋板的设计空间,提出了一套基于ModelCenter设计优化环境、Catia和Abaqus的曲线片型加筋板优化设计框架。筋条曲线采用参数数目可变的等距剖分三次B样条插值函数,为曲筋加筋板提供了足够大的优化空间。另一方面,采用筋条加载端相聚和筋条垂直于板边两种方式来解决曲线片型加筋板的筋条加载问题,从而产生了一些新的曲筋加筋板布局形式。

本文对曲筋加筋板的屈曲稳定性能进行了大量优化,优化结果表明,对于单向载荷主导的加筋板,曲筋加筋板相对于直筋加筋板稳定性改善不大。但对于复杂组合载荷,曲筋加筋板获得了比直筋加筋板更好的稳定性。在此基础上,对屈曲稳定性的优化结果进行了后屈曲性能和振动特性的计算,以探索曲筋加筋板的综合性能,计算结果表明,相对于直筋板,曲筋板没有表现出更好的后屈曲性能,但拥有比较出色的振动特性。