基于Isight复合材料桁架结构优化设计（

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1、基于Isight的复合材料桁架结构优化设计*收稿日期：2015-XX-XX基金项目：国家863计划资助项目（2012AA03A205），国家自然科学基金项目（11202231），国防科大优秀研究生创新自助基金（B140107）作者简介：黄春芳（1988－），男，湖南邵阳，博士研究生，E-mail：hcf8819sk@126.com；江大志（通信作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：jiangdz@nudt.edu.cn黄春芳，肖加余，郑青，鞠苏，江大志（国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：轻质复合材料及其结

2、构以其优异的力学性能在航天航空飞行器上得到了广泛应用。本文考察了玻璃纤维/环氧复合材料方形截面桁架在典型弯曲载荷工况条件下的非线性结构承载性能。采用Isight集成平台对桁架结构进行多参数优化设计，获得了满足结构刚度和承载性能要求的最轻质桁架结构的几何参数，并分析了最优化结构在载荷作用下的结构非线性响应行为。关键词：玻璃纤维复合材料；桁架；Isight集成平台；ANSYS；优化设计中图分类号：TN95文献标志码：A　　　文章编号：StructuraloptimizationofcompositetrussbasedonIsightPlatform

3、HUANGChunfang,XIAOJiayu,ZHENGQing,JUSu,JIANGDazhi(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Fiber-reinforcedcompositeshavebeenwidelyusedinaerospaceandaircraftstructuresbecauseoftheirexcellentmechanicalpropertie

4、sandlightweight.Glassfiberreinforcedepoxycomposite(GFRC)trusswithsquarecrosssectionunderthree-pointbendingexhibitsnonlinearbehavioraccordingtofiniteelementanalysis.OntheIsightplatform,amulti-parameteroptimizationmethodisconductedtoobtainfivekeygeometricparametersoftheoptimalc

5、ompositetrusswhichmeetsthedemandofstructuralstiffness,loadbearingandlightweight.Finally,nonlinearstructuralresponsesoftheoptimalcompositetrussareobtained.Keywords:GFRC;truss;Isightplatform;ANSYS；structuraloptimization6桁架结构由若干杆件及连接杆件的接头以一定构型组合而成。桁架结构具有净空间值高、在空间容易展开或装配、受运载器整流罩尺

6、寸限制小等优点，特别适合在大跨度甚至超大跨度结构中应用。桁架结构往往是高次超静定结构，具有多向受力的优势，其刚度和整体性较好，能有效地承受集中荷载、非对称荷载以及各种动力荷载。同时，桁架的杆件和接头容易实现标准化的设计，并制造成标准件，便于贮存、运输和安装。因而桁架结构在各类航天器中得到了广泛的应用[1]。国外复合材料桁架结构的研究、应用较早，现已广泛应用于包括卫星、飞船、空间站、太空望远镜在内的各类航天器。哈勃太空望远镜光学系统支撑结构采用了桁架结构。该桁架结构采用石墨纤维／环氧复合材料制作，有4个环梁，分3层，每层16根斜杆[2]。MSX航天

7、器光学仪器支撑结构也采用了桁架结构，其主要设计指标为：轴向频率35Hz、径向频率12Hz，质量小于54.4kg，承载能力不小于1360kg[3]。我国于2007年10月发射的“嫦娥一号”探月卫星的定向天线展开臂支架采用了碳纤维复合材料的支架结构，而且“嫦娥一号”卫星的发动机支架也采用了三维编织碳纤维复合材料空间桁架[4]。2010年发射的“嫦娥二号”卫星上继续采用了复合材料支架作为发动机支架。2015年实现环球飞行的瑞士“阳光动力2号”太阳能飞机以及它的第一代飞机“阳光动力1号”的机身均采用6了桁架结构构型[5~7]。桁架结构的优化设计目标是在满

8、足承载要求的条件下，寻求质量最轻的桁架结构构型。与板、梁等常规结构相比，桁架结构，尤其是复合材料桁架结构设计参数多、力学响应复杂，给桁架