某无人机机翼的静强度分析

发布时间：2017-05-03 05:06

  本文关键词：某无人机机翼的静强度分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人机（无人驾驶飞机）,是不载人的由程序控制的飞机。近年来，无人机的作用越来越显著，得到了很大的发展。 一般无人机的体积非常小，使用起来比较方便，生产的成本也比较低，和普通飞机相比，这是它的优点。在战争方面，无人机的作用更是显著，可以精确打击目标，干扰敌方设备，零伤亡等等，因此很多国家都重视无人机的研究。毫无疑问，无人机将成为21世纪陆海空天战争舞台上的重要角色。因此，掌握无人机技术，都每个国家都非常重要。 本文首先简化实际无人机机翼的模型，只研究翼梁，翼肋，蒙皮三个部分，之后选取某一特定工况对本机翼的气动特性进行分析，得到强度分析所需要的载荷数据。然后采用有限元法对整个机翼的强度进行分析；结合利兹法对复合材料机翼的强度进行分析；最后是优化设计。 副翼在流体载荷作用下的强度及副翼转动对流场分布的影响，副翼转动会引起机翼表面流场的变化，从而会引起机翼升力等性能的改变，这就是双向流固耦合问题。副翼转动属于瞬态分析，由ANSYS的Transient structural模块确定副翼的运动轨迹。流场分析由CFX软件完成，可以得到机翼升力、阻力的变化，还可以得到副翼转动轴附近的应力应变分布情况。 关于复合材料机翼部分，我们主要分析正交各向异性矩形板在四边固支条件下的弯曲问题。用双重Fourier级数表达弯曲挠度函数，该函数须满足固支边界条件，用能量法求出正交各向异性板的总势能。分别截断级数的第1项和前4项，代入势能方程中，利用利兹法和最小势能原理求出挠度级数的系数项，利用应力应变与挠度之间的关系求出板的应力。结合有限元分析软件计算板的挠度以及应力，最后将两者结果对比分析。分析结果表明，挠度和应力计算四级近似方程较一级近似方程更精确，，应力计算需取到级数前四项才可达到所需精度。 对于结构优化设计，通过设定一个或多个目标，对翼梁和翼肋的部分尺寸进行优化，使结构更加可靠。
【关键词】：无人机 静强度 流固耦合 正交各向异性 利兹法 有限元解 优化设计
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 课题研究目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究发展现状9-10
• 1.3 本文的主要研究内容10-11
• 第二章 无人机机翼建模11-15
• 2.1 无人机原型及其性能参数11-12
• 2.2 翼型数据12
• 2.3 机翼结构简化12
• 2.4 catia 机翼建模12-14
• 2.4.1 caitia 简介12-13
• 2.4.2 caitia 机翼建模13-14
• 2.5 本章小结14-15
• 第三章 CFX气动载荷分析15-35
• 3.1 CFX 简介15
• 3.2 前处理15-22
• 3.2.1 边界条件15-16
• 3.2.2 求解器16-18
• 3.2.3 湍流流动的模拟18-21
• 3.2.4 流场网格划分21-22
• 3.3 后处理22-23
• 3.4 算例验证23-32
• 3.4.1 算例选取23-24
• 3.4.2 matlab 计算24-32
• 3.5 软件模拟结果准确性的实验验证32
• 3.6 不同工况下机翼的气动仿真分析32-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第四章 ANSYS静强度分析35-56
• 4.1 ANSYS 简介35
• 4.2 ANSYS Workbench 软件背景35-36
• 4.3 有限元计算模型的简化原则36-37
• 4.4 ANSYS 应力分析算例验证37
• 4.5 机翼强度有限元分析37-54
• 4.5.1 接触分析38-40
• 4.5.2 结构网格划分40-43
• 4.5.3 流固耦合43-48
• 4.5.4 双向流固耦合分析副翼强度48-54
• 4.6 失效准则54-55
• 4.6.1 最大等效应力理论54
• 4.6.2 最大剪切应力理论54-55
• 4.7 本章小结55-56
• 第五章 复合材料蒙皮静强度分析56-70
• 5.1 复合材料简介56-58
• 5.1.1 复合材料的种类56-57
• 5.1.2 复合材料的构造及制法57
• 5.1.3 复合材料机翼的结构57-58
• 5.2 利兹法求解正交各向异性矩形板的弯曲58-68
• 5.2.1 一级近似挠度方程59-62
• 5.2.2 四级近似挠度方程62-64
• 5.2.3 ANSYS 有限元法64-66
• 5.2.4 算例与结论66-68
• 5.3 复合材料蒙皮静强度分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 优化设计70-76
• 6.1 优化设计基础70-71
• 6.1.1 优化设计基本原理70-71
• 6.1.2 优化设计的分类71
• 6.2 翼肋翼梁优化设计71-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 发表论文和参加科研情况说明82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

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本文编号：342361