Разработка методов проектирования силовых авиационных конструкций на основе моделей деформируемого твердого тела переменной плотности

• Автор: Болдырев, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 157 с. : 91 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Е Состояние теории оптимального проектирования авиационных конструкций.

Цель и задачи исследования

1.1. Обзор методов оптимизации силовых конструкций

1.1.1. Аналитические методы

1.1.2. Методы математического программирования

1.1.3. Методы критериев оптимальности

1.1.4. Методы с элементами случайности

1.2. Идея твердого деформируемого тела переменной плотности

1.3. Весовой анализ авиационных конструкций на основе моделей МКЭ

1.4. Цель и задачи исследования
2. Моделирование авиационных конструкций с использованием тела переменной
плотности
2.1. Состояние вопроса
2.2. Интерпретация силовой работы тела переменной плотности
2.3. Исследование адекватности континуальной модели
2.3.1. Методика исследования
2.3.2. Стержень с узким прямоугольным поперечным сечением
2.3.3. Крыло Як-
2.3.4. Крыло М-60ВТ
2.3.5. Крыло Ту-
2.3.6. Отсек фюзеляжа Ту-204С
2.3.7. Анализ результатов исследования
2.4. Выводы по главе
3. Оптимизация распределения материала в континуальной модели
3.1. Постановка задачи оптимизации
3.2. Анализ чувствительности по плотности гипотетического материала
3.2.1. Ограничения на обобщенные перемещения

3.2.2. Ограничения на критические нагрузки при потере
устойчивости
3.3. Оптимизация при ограничениях на напряжения
3.3.1. Состояние вопроса
3.3.2. Наиболее жесткие конструкции
3.3.3. Гибридные конструкции
3.3.4. Численные примеры (тесты №1, 2)
3.4. Оптимизация с учетом требований прочности, жесткости и устойчивости
3.5. Реализация алгоритмов оптимизации
3.6. Выводы по главе
4. Тестирование алгоритмов оптимизации распределения материала в теле переменной плотности
4.1. Методика тестирования
4.2. Оптимизация при нескольких случаях нагружения
4.2.1. Тест №
4.3. Оптимизация с учетом требований жесткости
4.3.1. Тест №
4.3.2. Тест №
4.4. Оптимизация с учетом требований устойчивости
4.4.1. Тест №
4.4.2. Тест №
4.5. Анализ результатов тестирования
5. Проектирование несущих поверхностей
5.1. Метод проектирования
5.2. Стреловидные крылья
5.2.1. Тест №
5.2.2. Тест №
5.3. Крылья малого удлинения

5.4.Структурная модификация авиационных конструкций по условиям жест-
кости
5.4.1. Постановка задачи
5.4.2. Методика структурной модификации
5.4.3. Тест №
5.4.4. Повышение жесткости крыла большого удлинения топологическими средствами
5.5. Выводы по главе
6. Проектирование фюзеляжей в зоне больших вырезов
6.1. Метод проектирования
6.2. Исследование зависимости массовой эффективности окантовки от параметров выреза
6.3. Топологическая оптимизация с учетом требований прочности, жесткости и устойчивости. Тест №
6.4. Проектирование силовой схемы фюзеляжа Ту-204С в зоне грузового
выреза
6.5. Выводы по главе
Основные результаты работы
Список использованных источников
Приложение

Рисунок 1.5- Размеры и ориентация элементарной ячейки
Для решения задачи оптимального распределения пористости в упругой среде использовались алгоритмы критерия оптимальности [174, 237], методы штрафных функций [177], градиентные [215] и другие методы [188]. В настоящее время известен ряд подходов к топологической оптимизации конструкций, учитывающих ограничения по прочности [188, 173, 175]. В то же время разработке методов структурной оптимизации, позволяющих учитывать требования к жесткости конструкции [188, 233] и, особенно, к устойчивости упругой системы [219, 233, 215], уделено значительно меньше внимания.
В монографии [173] отмечается, что при проектировании тонкостенных конструкций топологическая оптимизация по методу усреднения обычно приводит к получению стержневых конструкций типа ферм Мичелла. Таким образом, этот подход на основе исследования непрерывной упругой среды использует и развивает идею классического аналитического метода изучения основных свойств стержневой системы [218].
Большинство авиационных конструкций по своей природе тонкостенные упругие системы, состоящие из элементов, обладающих различными свойствами. Так, лонжероны, нервюры и шпангоуты обычно состоят из поясов, адекватно моделируемых стержневыми элементами, и стенки, работающей в плоском (мембранном) напряженном состоянии. Обшивка часто подкрепляется стрингерным набором для увеличения критических усилий потери устойчивости.