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机械制造·?
徐子澎,等?复合材籵起落架舱门结构优化设计
复合材料起落架舱门结构优化设计
徐子澎,王志瑾
南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016)
摘要:基于有服元软件 ANSYS建立复合材料起落架舱门参数化有限元模型,基于三明治央
芯板理论将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的层板,以蜂窝夹芯高度与复合材料面板各铺
层厚度为设计变量,以铺层板、蜂窝夹芯的强度,结构檍定性以及结构刚度为约東函数,以结
构质量最轻为目标函数,基于 ANSYS优化模块首先选择零阶法进行优化得到粗略解,其次选
择一阶梯度优化法进一步对夹层结构进行优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、蒙皮各铺层
厚度。
关键词;三明治央芯板理论;蜂窝芯子;复合材料;优化模块
中图分类号:TH12文献标志码:B文章编号:1671-5276(2013)06-0028-03
Optimum Design of Composite Material Landing Gear Door
XU Zi-peng, WANG Zhi-jin
College of Aerospace Engineering, Nanjing Univesity of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
Abstract: In this paper, a parametric finite element model of composite material landing gear door is generated by using the com
mercial software ANSYS. The equivalent core of honeycomb sandwich is regarded as a constant thickness homogeneous plate
based on the sandwich theory, the height of the core and the thickness of the panel is taken as the design variables, the strength of
the core and panel, and the stabiliy a stifness f h sructure are consid as the constraint condition and the structure weight
is assumed to be he obect fu sy a ouh solution is obtained by using the sub-problem method based on optimization
module in ANSYS. Then, the first-order method is used to optimize the composite sandwich panel, and achieve its optimal hone
comb height and laminate thickness
Key words sandwich eor; core of hone com; composite materal; optimization module
进行等效参数计算,并基于有限元程序 ANSYS中建立起
0引言
落槊舱门复合材料蜂窝夹层结构参数化模型,选取面板铺
层板各方向铺层厚度以及蜂窝夹芯高度为设计变量,以铺
复合材料与常规的金属材料性比具有优良的力学性层板、蜂窝夹芯的强度、结构稳定性及结构刚度作为约束
能,在质量相当的情形下复合材料承载能力和刚度更函数,以结构质量为目标函数对飞机起落架舱门进行优化
大,并且具有很强的可设计性,已经被广泛应用于先进设计分析。
飞机结构。其中复合材料夹芯结构主要是由两块薄而
强硬的复合材料层合面板及比重轻、相对面板较厚、承
蜂窝夹层板芯子等效计算
载能力相对较弱的芯体通过粘接剂粘在一起,可以充分
发挥芯子低密度的特点以加大构件厚度,使结构达到减
由于蜂窝是一种结构型材料, ANSYS等通用有限元
重的目的并且大大增大夹层亩板截面的惯性矩和弯曲程序中没有蜂窝结构单元,只能采用三维有限元方法进行
刚度。因而有利于夹层结构提高屈曲载荷与固有频率、模拟分析,但是计算量巨大,对于一个较为复杂的结构进
减小变形;有利于隔音、隔热和减振,且光滑的表而使其行分析时,会耗费大量时间。在此基础上,研究者在理论
具有了良好的空气动力学性能。并且复合材料蜂窝结上找出蜂窝夹芯结构等效力学模型,用此模型代替原来的
构增加了许多可设计变量,如纤维方向角、铺层厚度、夹结构,可以达到较高的精度。其中三明治夹芯板理论是对
芯厚度、夹芯规格等,有较大的结构优化潜力。由于这蜂窝夹芯进行等效的一种有效、精确的方法?,假定芯层
些优异的力学性能和物理性能使得世界各国对这种材能抵抗横向剪切变形并且具有一定的面内刚度;上、下蒙
料的研发越来越重视。
皮层服从 Kirchhoff假设,并忽路其抵抗横向剪应力的能
蜂窝是一种结构型材料,现有通用有限元软件中进行力,将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的正交异性层。正
数值计算时,因此蜂窝芯子不能直接给定材料属性,需要六边形蜂窝胞元示意图如图1所示。根据文献[3J其等
采用等效理论计算1。本文以起落架舱门蜂窝夹层结构效参数为式(1)。
为例,先对蜂窝夹层结构的蜂窝芯子使用三明治夹芯理论
作者简介:徐子澎(1989-),男,江苏靖江人,硕上研究生,研究方向为飞行器结构设计。
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