弯扭耦合复合材料机翼的静气动弹性结构优化设计

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1、中图分类号：V214论文编号：102870115-S156学科分类号：082501硕士学位论文弯扭耦合复合材料机翼的静气动弹性结构优化设计研究生姓名姜志平学科、专业飞行器设计研究方向结构优化设计指导教师姚卫星教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一四年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStaticaeroelasticitystructureop

2、timizationforCompositeWingStructureswithBend-twistCouplingAThesisinFlightVehicleDesignbyJiangZhipingAdvisedbyProf.YaoWeixingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研

3、究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士论文摘要弯扭耦合效应对于提升机翼结构的静、动力学性能具有很大的帮助，可以充分利用弯扭耦合效应，设计出满足强度、刚度等性能指标要求且使得结构重

4、量更轻的飞行器结构。本文首先归纳总结了近40多年来弯扭耦合复合材料机翼结构分析模型的发展历程。对比分析了其优缺点，总结了相关研究方法和成果,并指出分析模型的意义和不足；其次基于等效板模型建立弯扭耦合复合材料机翼的分析模型，运用4自由度微分求积法求解所建立分析模型的控制方程，再用四自由度微分求积单元法解决材料不连续弯扭耦合复合材料机翼分析模型的求解问题。算例证明本文所建立的数值求解方法对弯扭耦合机翼结构分析模型的求解是可行的。根据上述建立的弯扭耦合结构分析模型的求解流程，进一步研究复合材料参数和耦合刚度对

5、机翼静、动力学特性的影响；随后介绍了两类弯扭耦合复合材料机翼结构剪裁方法。并运用通用算例，对上述剪裁方法进行分析比较；最后我们通过所建立的弯扭耦合复合材料机翼结构优化设计策略，针对某复合材料前掠翼和复合材料后掠翼，完成了机翼结构剪裁优化设计。对每一种机翼构型，都采用对称均衡和对称非均衡两种铺层形式，并对相应的优化结果进行对比分析。关键词：复合材料，弯扭耦合，分析模型，剪裁方法，微分求积法，前掠翼，后掠翼本文获得了中航总产学研项目“大展弦比复合材料机翼结构静动力学优化设计”的资助。本文工作在“机械结构力学

6、及控制”国家重点实验室完成。I弯扭耦合复合材料机翼的静气动弹性结构优化设计AbstractIthasbroughtagreatdealofbenefitsforstaticanddynamicperformanceofwingswithbend-twistcoupling.Withtheutilizationofthebend-twistcoupleeffectoflaminatedcomposites,thestructureofaircraftcanbedesignedmorelight,andme

7、etallkindsofdesignrequirement,suchasstiffness,strengthandsoonFirstly,inthispaper,severalanalysismodels,whichhavebeenproposedwithinrecent40yearstoconductthebend-twistcouplingdesignofcompositewingstructures,arereviewedandevaluated.Theiradvantagesanddisadva

8、ntagesareobjectivelylistedandcomparedaswellastosummarizetheachievementsofthecorrespondingstudymethods.Andtheworthandshortageofanalysismodelsareraised.Secondlywebuildtheanalysismodelofcompositewingstructureswithbend-twistco