【摘 要】
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机翼作为飞机的主承力结构,在满足设计要求的前提下保证了飞机良好的飞行性能和机动性能。对于现代式飞机,复合材料在机翼结构材料的比重越来越大,设计出一种高刚度、高强度和轻量化的机翼对于提升飞机飞行性能和续航能力具有重要作用。本文针对某轻型飞机复合材料机翼结构的优化开展了如下几个方面的研究:（1）针对CG231玻璃纤维布复合材料进行了力学性能参数测试试验。对复合材料层合板进行了拉伸、压缩和剪切试验,并最
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用产业类重点项目基金； 重庆市人才计划项目基金；
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机翼作为飞机的主承力结构,在满足设计要求的前提下保证了飞机良好的飞行性能和机动性能。对于现代式飞机,复合材料在机翼结构材料的比重越来越大,设计出一种高刚度、高强度和轻量化的机翼对于提升飞机飞行性能和续航能力具有重要作用。本文针对某轻型飞机复合材料机翼结构的优化开展了如下几个方面的研究:（1）针对CG231玻璃纤维布复合材料进行了力学性能参数测试试验。对复合材料层合板进行了拉伸、压缩和剪切试验,并最终获得了该材料的拉伸强度、压缩强度、剪切强度、弹性模量以及泊松比等性能参数,并对材料的破坏形态和失效形式进行了分析。（2）首先,通过对机翼结构设计特点的分析,利用CATIA软件构建了复合材料机翼结构三维模型,将经过参数化的三维模型关联ANSYS Workbench模块得到有限元模型,并完成机翼结构网格划分和有限元分析;其次,采用灵敏度方法对机翼结构部件进行分析,得到了各结构设计变量对优化目标及机翼性能的影响强弱。研究表明:初始机翼模型满足设计要求;蒙皮厚度相对于其他结构设计变量对机翼力学性能的影响最大。（3）采用响应面优化和直接优化相结合的方法对机翼结构进一步进行铺层优化设计。首先利用响应面优化（Response Surface Optimization）对机翼结构进行铺层厚度优化设计,将最大位移变形、应力极限以及应变极限作为响应变量,机翼结构质量最小作为优化目标,最终确定了机翼结构重要部件的铺层厚度;然后,结合直接优化对蒙皮层合板结构进行了铺层顺序优化设计,最终得到了蒙皮最优铺层顺序。通过以上优化设计,得到了机翼结构的最优铺层方案。经过有限元分析,研究表明:优化后的机翼结构满足性能要求,相比于优化前,机翼质量减少16.12%,与传统铝合金机翼相比,减重更加明显,达到了124.53%。（4）通过对机翼结构主要部件的灵敏度分析以及对机翼结构铺层优化设计,机翼结构力学性能均满足使用要求,机翼结构减重明显,并且本优化方法与有限元分析相结合,计算结果的精度和可靠度较高,为复合材料在航空结构的优化设计提供参考。
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