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复合材料飞机结构综合优化设计系统研究

金海波  
【摘要】: 复合材料飞机结构综合优化设计技术是充分发挥复合材料的可设计性特点,提高飞机结构整体性能的最佳工具。本文结合现代结构有限元分析方法、现代结构优化算法、复合材料结构力学、复合材料气动弹性剪裁设计方法以及相关的高性能数值计算工具开发出了拥有自己独立有限元程序的复合材料飞机结构综合优化设计系统(COSOAS)。在内容上本文突出复合材料应用特色。首先根据结构有限元分析需要,提出了一套适合复合材料分析应用的MITC4层合板单元,并在此基础上形成了含有复合材料结构静强度和稳定性分析功能的有限元分析系统。然后根据复合材料所具有的铺层设计特点,通过引入中间设计变量和两级优化模型,构造出具有较强适应性的复合材料铺层顺序综合优化设计模型。此外在飞机结构设计过程中,复合材料翼面结构还要满足气动弹性设计的需要,本文通过读入由NASTRAN所产生的气动影响系数矩阵,构造出满足复合材料气动弹性分析所需要的静气动弹性平衡方程和发散特征方程,并在此基础上实现了复合材料气动弹性剪裁优化设计。最后本文从工程实际应用角度考虑,把上述内容通过一个具体的前掠机翼结构设计问题集成为一个软件系统,通过多级混合优化模型,实现了本文提出的复合材料飞机结构的综合优化设计目标。


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