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利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计

艾森 聂小华 王立凯 吴存利

艾森, 聂小华, 王立凯, 吴存利. 利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200180
引用本文: 艾森, 聂小华, 王立凯, 吴存利. 利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200180
AI Sen, NIE Xiaohua, WANG Likai, WU Cunli. Optimization Design of Large Scale Wing Size via Refined Finite Element Model[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200180
Citation: AI Sen, NIE Xiaohua, WANG Likai, WU Cunli. Optimization Design of Large Scale Wing Size via Refined Finite Element Model[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200180

利用精细有限元模型实现大型机翼尺寸优化设计

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200180
基金项目: 

广东省重点领域研发计划项目 2019B090911003

详细信息
    作者简介:

    艾森(1989-), 工程师, 研究方向为飞机结构强度分析与CAE软件, aisen.w@163.com

    通讯作者:

    聂小华, 研究员, 副总工程师, 392292400@qq.com

  • 中图分类号: V224+.3

Optimization Design of Large Scale Wing Size via Refined Finite Element Model

  • 摘要: 在虚拟试验构建的精细有限元模型基础上,开展了大型机翼尺寸优化设计技术的研究。通过对不同工况模型中的载荷进行转换,构建了统一的优化模型;采用翼梁、翼肋的站位,将机翼主翼盒自动划分为不同的设计区域,并根据每个设计区域特点定义了优化变量和设计约束。利用满应力优化算法对机翼进行了尺寸优化设计,达到13.3%的减重效果。算例表明,利用精细有限元模型进行尺寸优化的方案是可行的,由此产生的优化模型构建问题可通过相关模型处理技术得以解决。
  • 图  1  机翼优化流程

    图  2  多工况载荷组装

    图  3  RBE2单元转换为节点平衡力

    图  4  某型飞机主翼盒下蒙皮(按厚度显示)

    图  5  设计区域自动划分原理

    图  6  大型机翼精细有限元模型

    图  7  工况2优化模型与原始模型一致性评估

    图  8  优化过程迭代曲线

    图  9  优化前机翼Von Mises应力云图

    图  10  优化后机翼Von Mises应力云图

    表  1  部分优化变量

    部位 变量名称 初值/mm 下限值/mm 上限值/mm
    梁腹板
    厚度
    V1040 2.5 1.25 3.75
    V1041 2.5 1.25 3.75
    翼肋腹板
    厚度
    V1081 2.5 1.25 3.75
    V1082 2.5 1.25 3.75
    蒙皮厚度 V1101 3.3 1.65 4.95
    V1102 3.3 1.65 4.95
    V1103 3 1.5 4.5
    V1104 3 1.5 4.5
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  • 收稿日期:  2020-01-17
  • 刊出日期:  2021-03-01

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