基于遗传算法的复合材料机翼气动弹性剪裁技术-论文.pdf

《基于遗传算法的复合材料机翼气动弹性剪裁技术-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、基础及前沿中国科技信息U014年第16期。CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONAug．2014李阳’雷鸣李阳1．中国飞行试验研究院飞机飞行试验研究所：2．中国飞行试验研究院飞机飞行试验研究所。李阳(1987-)中国飞行试验研究院助理工程师．从事颤振飞行试验和颤振激励技术研究。由于复合材料的铺层层数、铺层角度均是可变的，因此可以通过设计这些变量得到想要的结构响应，解决翼面颤振问题。本文将遗传算法与颤振分析p-k法相结合，以复合材料的铺设方式为设计变量，对复合材料机翼进行优化设计。通过算例表明，该方

2、法能在保持材料铺设层数不变的情况下，达到提高颤振速度并且减轻结构重量的目的。DOI：10．3969／j．issn．1001—8972．2014．17．004基于遗传算法的复合材料机翼气动弹性剪裁技术概述式中f0J]随着材料科学的发展，各种类型的复合材料层出不穷。一I，．【一铺层复合材料作为一种新型材料，大量应用于航空领域中，I一府(一(，))一面(西一÷(，k)／k)1其铺层层数和铺层角度均是可变的。利用这一特点，可以给定飞行参数，的值，选取一组来流速度V值，重新设计铺层层数和铺层角度，使其在一定的载荷作用下对于每个V值，利用弹性

3、结构第一阶固有频率作为折合频产生需要的结构响应。铺层复合材料机翼具有弯扭耦合效率的初始值，计算上述矩阵特征值，不断迭代直至该频率应，住受载时可以产生有利的弹性变形，提高翼面的颤振与振动频率相等时，便可得到该流速下的颤振速度。速度，这便是气动弹性剪裁技术。但是复合材料铺层层数和角度的设计是十分复杂的。其设计变量对结果的影响是遗传算法简介高度非线性化的，优化目标可能存在多个极值，很难找到遗传算法是模拟生物进化的自然选择(适者生存、优最优解。同时其受到多种约束条件的限制，如重量要求，胜劣汰)和遗传学原理的算法，是一种搜索最优解的算法。变

4、形要求，静气动弹性要求等等，传统的优化方法几乎无每一个个体都通过编码表示为一组独一无二的基因，同时能为力。遗传算法是从生物进化角度发展起来的一种算法，得到自己的评价即适应度函数的值。遗传算法从一个初代其运算简单，对多种问题均能得到有效结论，应用广泛。的种群(父代)通过复制、交叉、变异等方法，生成第一遗传算法能找到最优解，不需要目标函数的梯度值，应用代子代，相应的每个个体都有自己的适应度值。通过生物起来十分方便，因此本文采用遗传算法进行复合材料机翼学进化原理，适者生存、优胜劣汰，淘汰适应度值差的个体。的优化设计。这样保存下来的优良个

5、体作为父代生成下一代子代，这样不断的迭代计算，生成更加优良的下一代，最终得到最优解。颤振计算P—K法遗传算法的是从一串个体出发，且对每一个个体进行单独气动弹性系统的运动方程呵写为计算，不需要目标函数的导数值，这是与传统优化算法的MX(t)+DX(t)+K(t)=F(t)(1)最大区别。其生成下一代个体的方式多样，且编码方式可变，式中，M，分别是结构的质量和刚度矩阵，D为阻在进化过程中使适应度好的个体生存概率大，本质是一种尼矩阵，(f)为结构的位移列向量，FAt)表示作用在结构通用的概率搜索算法。遗传算法具有自适应性，不需要设上的空

6、气动力。定搜索方向，范围任意拓展，能自主找到全局最优解。P—k法将气动力表示成频域的形式并将气动力分为实部和虚部，分别并入系统的刚度和阻尼中，应用P—k法得算例分析到如下形式的颤振方程问题描述一一l1结构试验机翼的外形如图1所示，其蒙皮材料选用【+(D一÷(，M)／k)p+(一÷(，))】g=0(2)’SW一280A／3218，式中，(，k)为广义气动力的实部，即模态气动以机翼模型后掠角刚度矩阵，QI(，)是广义气动力的虚部，即模态气动45度方向为材料的阻尼矩阵，P为特征值P=co(r±)，为瞬态衰减系数，主方向，铺层角度为=g／

7、2[一45／45／-45】，铺层方程(2)对应的状态方程的特征值问题为厚度为【2．5e一4／2．5e一lap一P，=0(3)4／2．5e一4】，原计算的图1结构试验机翼外形示意图,—30一中国科技信息2014年第16期‘CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONAug．2014基础及前沿颤振速度为240m／s，机冀重量为1．015kg。以l：、下蒙皮的铺层角度和厚度为设计变量，共12个设计变量，铺层角度变化范围为[一90／0】和[0／90】，铺层厚度的变化范陶为[2e-4／2．5e-3]。约束条件为颤

8、振速度达到260m／s，优化目标为机翼重量最轻。遗传算法程序遗传算法流程由_j：本例I_{】的适应度函数为重量最小，适应度的评价采jf{MSC／Nastran进行计算，编写了遗传算法程序和图2计算32代的结果Nastran的接口程序，将Nastra