针对ansys平台柔性机翼拓扑优化设计.pdf

学校代码: 10406 分类号: 学号: 1********** 南昌航空大学硕士学位论文(学位研究生) 基于ANSYS 平台 柔性机翼拓扑优化设计 硕士研究生: 饶军导 师: 王琦教授申请学位级别: 硕士学科、专业: 飞行器设计所在单位:飞行器工程学院答辩日期:2014年6 月 授予学位单位:南昌航空大学万方数据 Topology Optimization design of flexible wing Based on ANSYS platform A Dissertation Submitted for the Degree of Master On Aircraft Design by Rao Jun Under the Supervision of Prof. Wang Qi School of Aircraft Engineering Nanchang University of Aeronautics, Nanchang, China June, 2014 万方数据南昌航空大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的硕士学位论文,是我个人在导师指导下, 在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知, 论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。签名: 日期: 南昌航空大学硕士学位论文使用授权书本论文的研究成果归南昌航空大学所有,本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本, 允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。签名: 导师签名: 日期: 94 万方数据 I 摘要本文开展了基于 ANSYS 软件工作平台并应用渐进结构优化方法( Evolutionary Structure Optimization ,简称 ESO 法)解决工程问题的研究与应用。 将大型商用有限元软件 ANSYS 与先进飞行器结构设计理念相结合,针对实际工程结构设计的需要将 ESO 算法应用于柔性机翼结构的概念设计阶段。根据初步的优化结果进行对比与讨论,以 ANSYS 软件平台对优化结果做出分析与总结。主要研究内容概述如下。首先,回溯了结构优化设计方法发展的历程以及拓扑优化设计在其中的重要地位。对前后出现的各种优化理论、方法和策略均做了简明扼要的阐述,其中着重介绍了简单高效的 ESO 算法并对其优缺点做了深入的讨论。基于 APDL 语言编写程序对传统的 ESO 算法进行了数值实现。根据优化方向侧重点的不同,分别介绍了基于应力水平删除材料的方法和基于总刚度约束的方法。在此基础上,为提高优化策略的严谨性引入位移灵敏度分析和应力灵敏度分析,探讨了具有应力约束和位移约束的连续体结构拓扑优化的单元删除策略。并通过若干个典型工程算例的优化结果对方法的有效性做了验证。其次,研究了多工况、多约束以及多材料条件提出的现实背景,将其融入 ESO 方法并做了一定的改进和完善,应用 APDL 语言编程在 ANSYS 平台上对改进方法做了验证,以及对优化结果与优化参数的关联性做出必要的讨论与分析。然后,追踪国内外航空界的前沿研究与发展,将柔性智能结构概念应用于先进的自适应机翼(Aadaptive wing) 技术,从工程角度探讨其实现的理论依据和方法。并针对某型号飞机的机翼前缘部分进行了概念设计阶段的拓扑优化设计,设计过程分为两阶段且各阶段优化的目标函数、约束条件等均有所不同。在此基础上针对两阶优化结果分别做了细致的研究,并探讨了实现适应多种飞行状态下的最佳气动外形的结构的可行性。 最后,对基于 ANSYS 平台进行柔性机翼结构优化设计提出了总结。分析了 ESO 算法在实践过程中可能遇到的问题并对其未来的发展做出了展望。关键词: 优化设计,结构优化,拓扑优化,渐进优化方法,柔性机翼万方数据 II ABSTRACT The research and application of engin eering problems based on the ANSYS soft- ware platform is studied in the present pa per as The Evolutiona ry Structure Optimiza- tion (ESO) method. According to the actual need in the design of eng