蜂窩芯結構參數(shù)多目標優(yōu)化研究.pdf

1、相比與傳統(tǒng)飛行器，飛行在天空中的現(xiàn)代飛行器如果擁有自適應機翼，就可以輕松的應對各種空中環(huán)境變化，主動的去改變飛行狀態(tài)適應飛行狀況，使機翼可以自動的彎曲、扭轉、伸縮和變后掠角等變形，以便飛行器達到最優(yōu)的續(xù)航和機動性能。與傳統(tǒng)的人工操縱舵面相比較自適應飛行器機翼可以實現(xiàn)更佳的機動性、更大的荷載能力、更小的整機比重和卓越的續(xù)航能力。現(xiàn)代智能自適應飛行器機翼外形結構的改變不僅需要相應的驅動力和驅動機構，也需要具有較強荷載能力的蒙皮結構作為支撐體

2、。目前國際上普遍使用的機翼蒙皮無法滿足荷載和大變形兩方面要求，并且其抗振能力需要進一步提高，成為新型飛行器研究關注的焦點和重點。本文基于課題組的國家級自然基金課題（編號:51075380）“超彈性蒙皮結構的優(yōu)化設計、變形機理研究”，同時人們越來越重視將蜂窩芯結構應用于超彈性蜂窩芯單元蒙皮結構的科學研究。傳統(tǒng)的蒙皮結構存在不足，針對負泊松比六邊形蜂窩芯的結構特點以及當今蒙皮的結構缺點，采用柔順蜂窩芯布局應用于超彈性蒙皮蜂窩芯結構設計中，希

3、望能夠完成集變形能力、結構剛度、輕質和抗振等方面全航程性能俱佳的自適應機翼蒙皮結構。而負泊松比六邊形蜂窩單元結構作為超彈性蒙皮的核心部分，對其結構性能的研究成為超彈性蒙皮研制的首要問題。
　　本文中，對負泊松比六邊形蜂窩芯結構的單元尺寸參數(shù)進行多目標優(yōu)化。以提高蜂窩芯結構抗振能力和盡可能減小其結構質量為研究目標，運用響應面理論經典數(shù)學模型，建立了蜂窩芯結構的低階模態(tài)固有頻率的近似顯式表達式;采用加權系數(shù)法對各個目標加以一定的權重系

4、數(shù)，將固有頻率和結構質量的多目標優(yōu)化問題變化成為單目標優(yōu)化問題，最后應用遺傳算法對其進行單目標優(yōu)化。具體算例表明，參數(shù)優(yōu)化后的蜂窩芯結構固有頻率較大的提高，結構質量相應的減小，以蜂窩芯單元結構尺寸的多目標優(yōu)化設計為超彈性柔順蜂窩蒙皮布局設計提供了良好的基礎。
　　本文首先分析了智能變形飛行器和自適應機翼的概況和國內外研究現(xiàn)狀，并對幾種可變形蒙皮進行了簡要分析，著重分析了本文的研究基礎和重點——負泊松比六邊形蜂窩單元結構，本文所有研

5、究內容以此為研究對象展開，列出了研究內容和框架，奠定了論文的研究意義和地位。
　　然后基于響應面法對蜂窩結構固有頻率建模，對響應面法的相關原理和技術進行了厘清，通過響應面經典數(shù)學模型推導了響應面系數(shù)的數(shù)學模型，進而為后續(xù)固有頻率數(shù)學模型的推導奠定了基礎。并給出了由響應面方法建立的數(shù)學模型檢驗方法;對響應面數(shù)學模型推導過程中使用的試驗方法——正交試驗法——進行了分析和實際應用。用有限元進行蜂窩單元模態(tài)仿真分析，分析了有限元方法的基本

6、原理和有限元軟件ANSYS的基本原理和基本操作。使用有限元軟件ANSYS對負泊松比六邊形蜂窩芯單元結構進行了參數(shù)化建模，并用正交試驗數(shù)據進行了仿真分析，得到了一階固有頻率值，并推導出蜂窩芯單元尺寸參數(shù)與一階固有頻率關系的數(shù)學模型。
　　最后用遺傳算法對蜂窩芯單元結構尺寸參數(shù)進行多目標優(yōu)化，基于MATLAB遺傳算法優(yōu)化工具箱對經典遺傳算法的不足進行了改進，將固有頻率數(shù)學模型結合質量數(shù)學模型兩個目標進行多目標優(yōu)化，得到了很好的優(yōu)化數(shù)據