基于ANSYS ACP和响应面法的复合材料机翼结构优化研究  

Research on Structural Optimization of Composite Wings based on ANSYS ACP and Response Surface Methodology

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作  者:韩冬 刘博 夏志宇 梅祥 杨超群 郭路锋 闫旭 HAN Dong;LIU Bo;XIA Zhiyu;MEI Xiang;YANG Chaoqun;GUO Lufeng;YAN Xu(North Navigation Control Technology Co.,Ltd.,Beijing 100176,China)

机构地区:[1]北方导航控制技术股份有限公司,北京100176

出  处:《新技术新工艺》2025年第3期72-80,共9页New Technology & New Process

基  金:山东省高新技术企业创新能力提升工程项目(2023TSGC0422)。

摘  要:随着碳纤维复合材料的发展,因其比强度高、比刚度高等优点成为了无人机机翼设计的首选材料。根据大展弦比无人机机翼建立了三维模型,通过ANSYS中ACP模块校核了机翼复合材料的强度、刚度及稳定性,基于响应面优化(Response Surface Optimization)中的多目标遗传算法(MOGA),对复合材料的铺层角度、厚度、区域进行了分级优化。在150 m/s飞行速度工况下,优化后机翼最大变形由原来的20 mm变为33 mm,Tsai-Wu因子由0.53变为0.586,在符合性能要求的前提下重量下降45.4%,为无人机增加载荷能力或延长续航时间提供了方便。该优化方法为针对复合材料在航空结构的优化设计提供了参考。With the advancement of carbon fiber composite materials,it has emerged as the preferred choice in drone wings design due to their high specific strength and specific stiffness.We constructed a three-dimensional model based on a high aspect ratio drone wing and verified the strength,stiffness,and stability of the wing composite materials by using the ACP module in ANSYS.By utilizing the multi-objective genetic algorithm(MOGA)within response surface optimization,a hierarchical optimization was conducted on the layup angle,thickness,and region of the composite materials.Under a flight speed condition of 150 m/s,the optimized wing maximum deformation increased from 20 mm to 33 mm,and the Tsai-Wu factor rose from 0.53 to 0.586.It resulted in a 45.4%weight reduction while maintaining performance requirements,and facilitated the increased payload capacity or extended endurance for drones.This optimization method provided a valuable reference for the optimal design of composite materials in aviation structures.

关 键 词:复合材料优化方法 机翼 响应面优化 有限元分析 无人机 结构设计 

分 类 号:TB332[一般工业技术—材料科学与工程] TH162[机械工程—机械制造及自动化] TP391.9[自动化与计算机技术—计算机应用技术]

 

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