复合材料机翼结构多约束优化设计

卢 杰，聂小华，常 亮

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

复合材料因其重量轻、强度高、设计性能好、易于整体成型、耐化学腐蚀、耐疲劳等优点而广泛用于各个领域，特别是在航空航天工业中，设计目标是“力争减轻每克的重量”[1]。通过提高结构效率和减轻结构重量，复合材料能够达到增加结构耐久性并降低成本的效果。复合材料的各向异性力学性能使其在设计过程中需要比金属结构考虑更多复杂的要素。然而，目前对复合结构的研究还不如金属结构成熟，这使得复合结构的设计更加困难。

本次优化主要以某型飞机机翼结构的梁缘条尺寸，腹板、翼肋腹板厚度为优化对象，并使优化结果在结构重量减轻的情况下满足结构应变约束、位移约束和稳定性约束等要求[2]。具体的工作如下：确定梁的截面形式及截面尺寸，如C字梁、矩形梁等的缘条尺寸和腹板尺寸。确定翼肋的几何尺寸及厚度，确定蒙皮的形式及厚度，形式统一采用蜂窝夹层蒙皮，确定内外蒙皮壁板的厚度及蜂窝夹芯的厚度，利用PMI泡沫夹芯对梁腹板进行增稳。

本文结合某型飞机机翼结构设计需求，以结构重量为优化目标，将单元应变、结构位移、结构扭转角以及结构稳定性等约束考虑在内，通过Nastran优化设计功能，对结构的尺寸进行优化设计。

2 优化方法

满应力设计是处理应力约束的一种简单而有效的优化准则，其特点是收敛快，不受设计变量数目限制，能给出满足结构静强度约束条件(应力、应变)的结构总体尺寸分布[3]，广泛用于飞机结构初步设计和详细打样设计中。……