[发明专利]考虑屈曲约束与铺层顺序的复合材料机翼壁板铺层确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑屈曲约束与铺层顺序的复合材料机翼壁板铺层确定方法,属于航空飞行器的结构设计算法领域。

背景技术

当前，新一代大型民用飞机大量应用复合材料已成为设计趋势。为了充分利用复合材料的优异性能，气动弹性剪裁成为必不可少的设计手段。在民用大展弦比复合材料机翼的结构设计中，由于复合材料各项异性的特性，设计参数对复合材料层合板结构的力学性能的影响更加显著，受到广泛关注。

在复合材料机翼结构设计中，复合材料壁板的各铺设角度的铺层厚度是重要的设计参数，通过对其进行调节，可以达到对机翼气动弹性性能进行优化的效果。在飞行过程中机翼为飞机提供向上的升力以克服重力，分析机翼结构各个构件的承载特点可知，为平衡气动载荷引起的弯曲力矩，机翼上翼面壁板承受压力载荷，下壁板承受拉力载荷；从结构发生屈曲失稳的机理出发可知，壁板结构在承受压力（剪切）载荷情况下可能发生失稳现象，所以，在飞行包线范围内，机翼上壁板是发生失稳的危险区域。

以往的分析大都是基于对复合材料层合板已有铺层的调整分析，并没有将优化设计引入其中。在大展弦比复合材料机翼的优化设计中，多数的气动弹性优化技术综合考虑了变形，颤振和强度等方面的约束条件。但是在机翼这样的大型复杂结构中，目前的关于复合材料机翼壁板稳定性方面的研究大多数以壁板屈曲分析为主，只能作为分析校核手段，无法在结构优化设计阶段对稳定性进行约束，后续的校验可能导致设计工作反复，所以在结构优化中引入稳定性约束条件具有实际工程应用价值与需求，发展一种同时考虑气动弹性约束和稳定性约束的优化方法非常有必要。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种复合材料机翼壁板铺层确定方法，其特征在于包括：

A）建立结构模型和气动模型；

B）明确优化设计的对象；

C）确定机翼结构中的目标函数；

D)在所述步骤C）之后，施加约束条件；

E）进行约束调节的分析；

F）以步骤D)和E）这两个步骤的结果作为输入，执行混合优化处理。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的多约束气动弹性优化方法的流程图。

图2是图1所示的流程中按照遗传算法的规律更新屈曲分析载荷后获取稳定性约束条件的流程。

图3是图1所示的流程中读取铺层信息时生成壁板铺层序列的子程序分析流程。

图4在一民机复合材料机翼模型上进行多约束条件下气动弹性剪裁优化的示意图。

图5显示了的铺层顺序优化中的铺层序列变化历程。

具体实施方式

本发明提供了一种考虑结构屈曲稳定性和铺层顺序的复合材料机翼壁板铺层设计技术，用于为初步设计阶段的壁板铺层设计提供基础。

在飞机翼面结构设计中，需要考虑一些薄壁结构和杆元结构的稳定性问题，例如机翼蒙皮壁板和连杆结构等。而在机翼结构初步设计阶段，主要开展针对机翼翼盒的设计，这时只需考虑翼面壁板的稳定性即可。

图1所示的，是根据本发明的一个实施例的考虑屈曲约束与铺层顺序的复合材料机翼壁板铺层确定方法，其中，在确定机翼的初始结构参数的方案（步骤101）以后，首先，在步骤102：

－建立结构模型和气动模型；

－明确优化设计的对象，在一般机翼结构中，主要是是蒙皮、梁、桁条；

－确定目标函数，即：机翼结构中，对应的目标函数主要有结构重量、频率等。

随后，按照遗传算法的规律更新屈曲分析载荷或读取铺层信息（步骤103），并施加稳定性约束条件，和/或展开气动弹性约束、结构强度约束、制造工艺约束的分析（步骤104）。以步骤103和104这两个步骤的结果为混合优化处理（步骤105）的输入。反复迭代执行运算（步骤106），最终确定出优化机翼结构（步骤107）。