大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计

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1、西北工业大学硕士学位论文习石摘3欢本文重点开展了大展弦比飞翼布局无人机机翼结构的布局优化设计研究。布局优化是优化设计的难点与最具有挑战性的工作，直接关系着整个结构设计的优劣与成败。该机翼结构规模大，设计变量多，影响因素复杂，使得优化设计工作的开展更加困难。为了降低问题的复杂程度和设计变量的规模，本文重点考虑了机翼主承力元件翼梁的布局优化设计。采用多级优化的思想，提出了一种两级三层优化设计方法。第一级优化采用拓扑优化手段得到了翼梁的大致位置与数目，重点研究了变密度法和ESO(EvolutionaryS

2、tructureOptimization)方法，并对ESO方法进行改进，使之适合机翼结构的拓扑优化设计;第二级采用杂交算法来完成形状优化和尺寸优化的综合优化设计，将复合形法与NASTRAN的改进的可行方向法相结合，分别优化翼梁的位置和机翼各元件的几何尺寸，两者相互交替，相互嵌套，最终完成了机翼结构的布局优化设计。在整个布局优化设计中，拓扑优化是独立的，形状优化与尺寸优化是相互关联的。第一级优化是第二级优化的基础，第二级优化是第一级优化的修正与发展。通过对大展弦比飞翼结构优化说明，本文所提的两级三层优

3、化方法是可行的和有效的，有着很好的减重效果。关键字:大展弦比飞翼结构，布局优化，拓扑优化，ESO，复合形法，MSC.NASTRAN西北工业大学硕士学位论文AbstractRecently,layoutoptimizationisthemostchallengingandhot,aswellasdifficultresearchtopicinstructureoptimization.Itplacesaverylargeefectontheresultofaircraftdesignandcanbeo

4、btainedmuchmorebenefit.Inthispaper,thefullcompositeaircraftstructuresofaflying-wingconfigurationdesignoptimizationproblemshasinevitablyledtothegrowthinthesizeofoptimizationproblemwithlargenumbersofdesignvariablesandconstraintsbeingrequiredinadesignwith

5、stronginteractionbetweenthevariousstructuralparameters.Inordertoreducedthedegreeofcomplexityandthenumbersofdesignvariables,wemainlysolvethelayoutoptimizationofspars,withthestrategyofhierarchyoptimization,presentatwo-levelapproachinwhichtopology,shapean

6、dsizingoptimizationwereincluded.InthefirstlevelanimprovedESO(evolutionarystructuraloptimization)andvariabledensitymethodwasusedtodeterminedtheoptimalnumberandpositionofsparsandinthesecondonehybridalgorithmwhichconsistsofcomplexmethodandMSC.NASTRANwereu

7、sedtodeterminedtheprecisepositionandthesizeofallwingcomponents.ThecomplexmethodisusedtooptimizetheshapingdesignvariablesandMSC/NASTRANusedtooptimizethesizingdesignvariables.Duringtheoptimizationprocess,topologyoptimizationisindependentandtheothertwoopt

8、imizationwereinteractedwitheachother.Thesecondleveloptimizationisbasedonthefirstlevelandtheadvancementofthefirstone.Theoptimizationresultsoftheflying-wingstructureinthispaperindicatethatthetwoleveloptimizationiseffectiveandfeasibleforso