DF2轻型体育运动飞机复合材料机翼结构优化设计

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DF2轻型体育运动飞机复合材料机翼结构优化设计


摘  要
复合材料由于比强度、比刚度大，在航空、航天结构中得到广泛的应用。尤其在近几年研制的各种新型飞机上，大大提高了应用比重。复合材料层压板是复合材料中使用最多的一种结构型式，它具有很好的结构可设计性。蜂窝夹层结构作为一种特殊的结构形式，在航空、航天结构中的应用愈为广泛，它与复合材料层压板已成为该领域中的两种重要的复合材料结构形式。
本文首先以屈曲不失稳为约束，对复合材料层压板和蜂窝夹层板结构进行了算例优化，验证本文所用大型商用分析优化软件MSC.NASTRAN做复合材料结构优化的可行性。然后基于DF-2轻型体育运动飞机复合材料机翼结构设计的要求、飞机气动要求和给定的机翼翼型，在现有气动外形和机翼布局方案的基础上选用两种结构方案。利用有限元软件MSC.Patran &Nastran对两种结构方案建立有限元模型，并对两种方案进行结构优化设计，得到优化后的尺寸和重量。选取其中最优的前梁后墙结构，对优化后的机翼结构进行静态有限元分析，验证经优化后的机翼结构是否能满足总体设计要求，包括稳定性分析、翼梢变形位移和强度要求。验证了优化后的机翼结构能够满足设计要求，重量小于现有结构。最终的方案设计为DF-2飞机复合材料机翼结构设计提供了的设计分析依据。

关键词：复合材料，层压板，蜂窝夹层板结构，屈曲，优化设计，飞机结构

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