基于多目标载荷路径法的形状变形机翼后缘柔性机构拓扑优化

柔性机构具有易于实现连续光滑变形及重量轻、易于控制等特性,将其应用于变弯度自适应机翼可以实现机翼外形随飞行状态的改变而连续变化。由于柔性机翼在达到最优气动外形的同时受气动载荷的作用,因而设计的柔性机构应具有稳定的结构。笔者基于遗传算法,提出采用具有同时考虑变形要求和满足承载能力的刚柔多目标函数的载荷路径法对某机翼后缘进行拓扑结构优化,并对结果进行ANSYS仿真。通过载荷扰动对比分析,说明优化所得的柔性机构具有较好的稳定性。最后,对结构变形进行模型实验验证。结果表明笔者提出的方法合理、有效。

基于载荷路径法的柔性机翼前缘拓扑优化

基于遗传算法,引入无固定初始网格的载荷路径法对某机翼前缘进行拓扑结构优化,并对结果进行ANSYS仿真。在相同条件下使用初始网格固定的基结构法对同一问题进行拓扑结构优化。通过对两种方法优化所得的柔性结构变形结果进行对比分析,说明载荷路径法用于柔性机构拓扑优化的优势。

基于多材料组合的柔性机翼前缘拓扑优化

柔性机构应用于变弯度自适应机翼可以实现机翼外形随飞行状态的改变而发生连续平滑变形,具有很好的应用前景。从柔性构件的材料属性出发,基于载荷路径的遗传算法,从单一材料构件和多材料组合构件两个方面,对某机翼前缘进行拓扑优化,并对多材料组合变形结果进行ANSYS仿真,经过对比分析表明,柔性机构优化中采用多材料组合局部改变材料属性比只用单材料更能达到较好的变形要求,同时可以通过寻求更广泛的材料组合使拓扑效果达到最优化。

外凸圆弧柔性铰链的计算与分析

通过与有缺口的普通弓形柔性铰链进行对比,将外凸圆弧作为基本的柔性单元,引入柔性铰链,推导两种铰链的转动刚度公式,并计算了尺寸参数对转动刚度的影响,最后通过有限元计算了两种铰链对平行四边形机构的变形影响。结果表明,在外形尺寸与受力相同的情况下,外凸圆弧柔性铰链四边形机构的水平输出位移是弓形柔性铰链机构的3.9倍,在相同输出位移的情况下,外凸圆弧四边形机构受到的最大等效应力是弓形铰链的32%。