帶規(guī)則幾何約束的結(jié)構(gòu)頻率拓?fù)鋬?yōu)化方法研究.pdf

1、風(fēng)洞試驗(yàn)是飛機(jī)研制過(guò)程中的必經(jīng)環(huán)節(jié)，因此研制能夠準(zhǔn)確模擬氣動(dòng)載荷對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)作用機(jī)理的風(fēng)洞模型至關(guān)重要。研究表明，只有彈性比例模型才能準(zhǔn)確地模擬高速風(fēng)洞中飛機(jī)的振顫特性。彈性比例模型要求在彈性、結(jié)構(gòu)和模態(tài)方面與原結(jié)構(gòu)相似，其設(shè)計(jì)可看成材料與拓?fù)鋷缀翁卣鞑l(fā)設(shè)計(jì)問(wèn)題，而拓?fù)鋬?yōu)化是解決該問(wèn)題的有效方法。目前，連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化形成的孔洞多為不規(guī)則形狀，而飛機(jī)機(jī)身龍骨結(jié)構(gòu)多為規(guī)則柵格狀。因此，限制孔洞形狀，開(kāi)展帶規(guī)則幾何約束的連續(xù)體頻率拓?fù)鋬?yōu)化研究

2、具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。 本文首先對(duì)不考慮幾何約束的一般連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行了研究。結(jié)合雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)法，發(fā)展了基于單元特性更改的雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)法(即雙向EPCM)；以結(jié)構(gòu)的多階固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，建立了優(yōu)化模型；基于單元敏度分析，以彈性模量和密度很小且相互匹配的空洞單元替代實(shí)體單元實(shí)現(xiàn)單元的刪除；比較了空洞單元的彈性模量與密度的匹配關(guān)系對(duì)模態(tài)的影響；改進(jìn)了敏度再分配方法，對(duì)棋盤格式進(jìn)行抑制；以殼體平板為優(yōu)化對(duì)象驗(yàn)證了方法的可行性。

3、其次，在一般連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)孔洞的形狀施加幾何約束，開(kāi)展了帶規(guī)則幾何約束的連續(xù)體頻率拓?fù)鋬?yōu)化研究。利用ANSYS進(jìn)行建模和模態(tài)分析，求出結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型；給出了規(guī)則方孔的幾何描述；以結(jié)構(gòu)的多階固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，以體積、孔洞形狀、最小尺寸和對(duì)稱性為約束，以孔洞的位置尺寸和單元的存在狀態(tài)為設(shè)計(jì)變量，建立了帶規(guī)則幾何約束的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型；采用帶規(guī)則幾何約束的雙向EPCM方法進(jìn)行求解；基于目標(biāo)函數(shù)敏度分析進(jìn)行插孔，并對(duì)已