基于自动有限元建模的民机机翼结构布局优化

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1、2013年4月第39卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2013V01．39No．4基于自动有限元建模的民机机翼结构布局优化闫伟天罗明强刘虎武哲(北京航空航天大学航空科学与工程学院。北京100191)摘要：针对民用飞机中广泛采用的双梁式机翼结构，以机翼结构纵向构件(长桁)和横向构件(翼肋)的数量为参数生成机翼CAD模型，然后基于Patran的PCL(PatranCom．mandLanguage)语言，根据整体模型分割、局部模型编号、局部网格控制、整体有限元

2、生成的思路，实现了以纵向和横向构件的数量变化为基础自动进行机翼结构有限元模型的构建及分析，并将上述流程集成到机翼结构的布局优化中．最后参照某大型民用飞机的机翼外形尺寸建立了CAD模型，以机翼的静强度、刚度和蒙皮稳定性为约束，以机翼结构质量最低为目标，对上、下蒙皮长桁和翼肋数量进行了优化．优化后的布局使机翼结构质量降低了10．1％，表明了布局优化方法的有效性和可行性．关键词：机翼结构；有限元；自动建模；布局优化中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)04-0463-06Layoutoptimizationofcivilairplan

3、ewingstructurebasedonautomatedfiniteelementmodelingYanWeitianLuoMingqiangLiuHuWuZhe(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：FocusingOilthewidely-appliedtwosparwingstructureoncivilairplanes，awingCADmodelwascreat

4、edparametricallyaccordingtothenumbersofitsstringersandribs．Thenawingstructurefiniteele—mentmethod(FEM)modelwasconstructedautomaticallybyPatrancommandlanguage(PCL)，itwasrealizedby4majorsteps，whichweregeometrymodelsegmentation，geometrysegmentrenumbering，segmentmeshdefinitionandFEMmodelg

5、eneration。AcompleteprocedurewasfulfilledtoconstructandanalyzeawingstructureFEMmodelautomaticallyafterthenumbersofitsstringersandribshadbeenchanged，thenitwasintegratedintoawingstructurelayoutoptimizationthatcouldbeappliedinpreliminarydesign．Intheend，acasestudymodelwasconstructedreferri

6、ngtoatypicalcivilairplanewing．Undertheconstraintsofstaticstrength，stiffnessandskinstability，thenumbersofstringersandribswereoptimizedtoachieveaminimumstructureweight．Resultsshowthattheoptimallayoutbroughta10．1％structureweightreduction．whichin．dieatestheeffectivenessandfeasibilityofthe

7、optimization．Keywords：wingstructure；finiteelementmethod；automatedmodeling；layoutoptimization机翼设计是飞机总体设计中的重要组成部分，其中机翼结构设计又是机翼设计的重要内容．统计表明，每单位飞机结构重量的降低，能够降低约4．525单位的飞机总重‘11，更低的飞机总重意味着更低的油耗，对于民用飞机意味着更强的市场竞争力，因此在满足性能要求的前提下尽量降低结构质量就成为机翼结构优化的主要目标．由于机翼结构的布局也会对结构性能产生重要影收稿日期：2012-04—18；网络出版时间：

8、2012-