[发明专利]一种无人直升机机身内部结构优化方法

摘要

本发明涉及一种无人直升机机身内部结构优化方法：步骤一、建立机身内部结构的有限元模型；步骤二、确定外载；步骤三、选取优化参数；步骤四、进行结构优化计算。本发明采用曲面和线框对真实结构进行简化建模，以便于套用有限元中的梁和板壳构件来进行模拟；采用固支连接和铰支连接分别施加边界条件，保留了结构连接中的所有连接方式的固有特性；将重力和过载的附加力都简化为过载附加力，简化了外载的施加方式；选取梁单元的厚度作为优化参数，不改变主体框架的外形；采用了经验优化与算法优化结合的方式，加快了优化方法的计算速度。综上，本发明是一种高效、通用的无人直升机机身内部结构优化方法。

主权项

1.一种无人直升机机身内部结构优化方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：步骤一、建立机身内部结构的有限元模型以曲面和线框对无人直升机机身内部结构进行简化建模，用曲面代替板材部分，用线框代替型材部分，在对应的有限元模型中用板壳来模拟曲面、用梁来模拟线框；由于机身内部结构是连接在机身主体结构上的，连接方式可分为固支连接和铰支连接两种，在上述有限元模型中需要根据实际结构中的连接方式分别施加有限元模型中的边界条件；步骤二、确定外载无人直升机内部结构的受力主要来自航电设备的重力和飞行动作带来的过载产生的附加力，由于重力和过载产生的附加力都与航电设备质量有关可以统一采用过载来表示，需要分别考虑上下前后左右6个方向的过载；取各个航电设备的质心位置作为加载点，利用过载系数、各个设备质量、设备质心位置就可以完全确定外载中力和力矩的大小；步骤三、选取优化参数为了对系统结构进行优化设计，以减小局部应力集中和整体质量，选取梁单元截面的厚度作为优化参数，以结构应力作为优化指标，在满足一定应力范围内让截面厚度最小从而使得结构重量最轻；对同样的结构、在同样的外载下，截面厚度越小内部应力越大，对于应力过大的部件需要增加厚度来减小应力，对于应力过小的部件应当减小厚度来减轻结构重量，最终实现在需用应力指标下最小的结构重量；步骤四、进行结构优化计算使用经验优化与优化算法全局寻优组合方法来进行优化；首先进行经验优化；对不同过载情况下的应力状态进行分析与总结，根据经验对其中应力较大部位适当增加厚度，对于应力较小部位减少厚度，重新进行计算，得到新的模型重量与应力状态，若模型重量减轻且模型最大应力未超过许用值，则迭代成功，在修改后模型基础上继续迭代优化；否则迭代失败，则在原模型基础上继续迭代优化；然后进行优化算法全局寻优；通过给定各参数取值范围，以结构总重最轻为优化目标，使用有限元软件的参数化建模方法快速自动建立模型并求解，将结果反馈至优化算法端，由算法选择合适的组合参数进行迭代寻优。