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基于OptiStruct的双弧形实心碳纤维弹翼铺层优化设计(二)

2018/2/23    来源:互联网    作者:孙晓博  李学峰  赵志军  肖和业  张永励  刘宇涛      
关键字:双弧形  弹翼  复合材料  OptiStruct  铺层优化  
针对于小型战术导弹双弧形实心弹翼碳纤维复合材料铺层优化设计一直是工程中的难点,本文借助于OptiStruct在复合材料优化设计的优势,创新性地将OptiStruct三级优化设计和等效设计方法结合起来,实现了双弧形实心碳纤维弹翼的优化设计,由仿真分析结果表明弹翼碳纤维复合材料铺层优化设计显著提高了弹翼的结构承载能力。

    等效碳纤维层压板尺寸优化设计了位移、失效、应变和应变能四种响应,其中,将位移、失效和应变能响应转化为尺寸优化设计的约束响应,因此应变能最小化就成为了优化目标响应。同时,考虑到弹翼因为拉弯和拉剪等耦合因素造成的翘曲,本文层压板必须设计为均衡对称的层压板;所以在尺寸优化设计阶段我们需要将层压板Laminate的属性从Smear修改为SymmetricSmear,即对称铺层且忽略顺序,因为顺序是最后优化所需的工作。由于尺寸优化阶段的文件要向顺序优化过度,所以需要在controlcards设置output为SZTOSH(从尺寸优化到顺序优化)。经过迭代优化计算,图4.4(a~d)为尺寸优化后的结果:

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    图4.4(a) 尺寸优化厚度分布云图

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    图4.4(b) 尺寸优化位移云图

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    图4.4(c) 尺寸优化应变云图

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    图4.4(d) 尺寸优化失效系数云图

    等效碳纤维复合材料层压板尺寸优化后的结构性能大幅度提升,翼尖位移从32.91mm降低到23.67mm,由此可见层压板刚度提升了很多;最大主应变由7961μ降到7378??,同时层压板失效系数也远小于1。等效层压板尺寸优化设计后,等效弹翼的结构强度、刚度等技术指标进一步得到提升。

4.3 顺序优化

    本文在第二阶段尺寸优化的结果上添加2个工艺约束:第一,最大相同角度铺层不超过4层;第二,最外层铺设±45°铺层。并且,顺序优化阶段的Laminate属性设置为Symmetric,保证优化的铺层顺序为上下对称铺设。基于OptiStruct顺序优化阶段考虑了全局的响应和所有的约束,图4.5(a~c)展示了等效弹翼层压板最终的优化结果:

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    图4.5(a) 顺序优化后层压板位移云图

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    图4.5(b) 顺序优化后层压板应变云图

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    图4.5(c) 顺序优化后层压板失效系数云图

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    图4.6 等效层压板顺序优化后铺层角度和顺序

责任编辑:张纯子
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