大设计变量的复合材料翼面多学科优化

admin · 发表于 2022-5-18 17:24:59

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飞机是一个复杂系统，涉及总体、气动、结构强度、系统、性能等多个学科，飞机设计中的多学科优化得到越来越多的研究。飞机颤振设计和结构静强度设计是飞机设计中的关键组成，两者之间往往因为共享设计参数之间的矛盾，造成工作的反复和资源浪费，所以在进行关键部件设计时，将两个学科的共享设计参数作为设计变量，综合考虑两个学科的设计目标要求，实现静强度和颤振的多学科优化，可以避免因为设计参数的矛盾，而造成工作的大量重复迭代进行。复合材料在飞机设计中得到了广泛的应用。本文研究了复合材料翼面的颤振和静强度的多学科优化。针对复合材料层合板设计，提出了一种等效优化设计方法，该方法将复合材料层合板的厚度和铺层比例同时作为设计变量进行优化，可以减少复合材料层合板的设计变量。通过实验证明了该方法应用于复合材料结构优化的有效性。根据翼面颤振和静强度的优化要求，在基于大设计变量的优化设计方法基础上建立相应的优化流程，选择翼面颤振速度为颤振性能改变的评价标准，翼面复合材料蒙皮按照层合板的失效判断，采用最初层破坏准则，每一层的失效采用Tsai-Wu准则和Vonmise应变准则。在静强度评价准则采用Tsai-Wu失效准则的情况下，分别采用普通权重系数法，基于Pareto的遗传算法，权重系数自适应法进行优化。优化结果说明，采用权重系数法无法有效的实现翼面的颤振速度和静强度的共同提高，基于Pareto的遗传算法和权重自适应法可以有效的提高颤振速度，并且降低设计单元的失效系数。在静强度采用Vonmise应变准则的情况下，采用普通权重系数法可以实现颤振速度和静强度的共同提高，说明子系统目标函数敏感度差异对优化结果影响较大。为了提高优化过程中的局部寻优能力，提高优化效率，将蜜蜂进化型遗传算法应用于翼面颤振和静强度的优化中，对比相同条件下的简单遗传算法，具有收敛速度快，局部寻优能力好的特点，增加相同重量材料的情况下，获得的颤振速度更高，设计单元更安全。

大设计变量的复合材料翼面多学科优化

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