飛艇骨架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究.pdf

1、輕量化是飛艇結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心問題之一,而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)對飛艇骨架減重則是實現(xiàn)輕量化的有效途徑。結(jié)構(gòu)優(yōu)化可分為三個層次,即形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和截面優(yōu)化。其中,形狀優(yōu)化和截面優(yōu)化均屬于連續(xù)變量優(yōu)化問題,相關(guān)方法已較為成熟;而拓?fù)鋬?yōu)化屬于離散變量優(yōu)化問題,相對而言更為復(fù)雜,以往研究大多針對二維桿系結(jié)構(gòu),而對于復(fù)雜空間桿系結(jié)構(gòu),相關(guān)方法目前仍處于探索階段。本文以構(gòu)成飛艇骨架的三角形截面CFRP管桁架為研究對象,首先通過引入遺傳算法和參數(shù)敏感性分

2、析方法,解決了典型節(jié)段的CFRP管桁架拓?fù)鋬?yōu)化問題;在此基礎(chǔ)上,通過對飛艇骨架的受力特性分析,對CFRP管桁架典型節(jié)段進(jìn)行分類,運(yùn)用先拆分再組合的拓?fù)鋬?yōu)化思想解決了復(fù)雜空間桁架體系的拓?fù)鋬?yōu)化問題,實現(xiàn)了飛艇結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計目標(biāo)。論文主要工作如下:
　　1.基于遺傳算法并結(jié)合MATLAB編程和ANSYS軟件二次開發(fā),建立了適用于三角形截面CFRP管桁架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法。針對遺傳算法存在的收斂速度慢、局部尋優(yōu)能力差、易早熟、機(jī)動性不

3、易滿足等問題,提出以桁架節(jié)為基本單元,代替?zhèn)鹘y(tǒng)以桿件為單元的編碼方法,使優(yōu)化計算具有更好的收斂性與穩(wěn)定性。最后通過算例分析驗證了方法的正確性和有效性。
　　2.將參數(shù)敏感性分析引入空間桁架拓?fù)鋬?yōu)化中。在對空間桁架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化前,先對優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,根據(jù)敏感度大小來確定拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)的選取及參數(shù)的取值范圍。在優(yōu)化過程中,考慮了材料強(qiáng)度、桿件穩(wěn)定承載力及構(gòu)造要求等約束條件,以結(jié)構(gòu)應(yīng)變能與質(zhì)量之積最小作為優(yōu)化目標(biāo),對空間桁架在受彎

4、和受扭作用下的腹桿拓?fù)湫问竭M(jìn)行優(yōu)化,得到了較為滿意的優(yōu)化結(jié)果。
　　3.設(shè)計了輪廓尺寸為220m360m360m的橢球形飛艇骨架結(jié)構(gòu),并對飛艇骨架結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,飛艇骨架結(jié)構(gòu)中各榀桁架受力均以拉彎或壓彎為主。通過提取各榀桁架兩端及跨中三個控制截面的彎矩與軸力,建立了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分類指標(biāo),以此對各榀桁架進(jìn)行分類,提取出若干典型的飛艇桁架受力形式,為后續(xù)的整體骨架優(yōu)化工作奠定了基礎(chǔ)。
　　4.提出了針對復(fù)雜空