[發(fā)明專利]一種無人直升機(jī)機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810223117.4
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108664685A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周堯明;馬云鵬;王凱鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種無人直升機(jī)機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于：該方法具體包括如下步驟：

步驟一、建立機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有限元模型

以曲面和線框?qū)o人直升機(jī)機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化建模，用曲面代替板材部分，用線框代替型材部分，在對應(yīng)的有限元模型中用板殼來模擬曲面、用梁來模擬線框；由于機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)是連接在機(jī)身主體結(jié)構(gòu)上的，連接方式可分為固支連接和鉸支連接兩種，在上述有限元模型中需要根據(jù)實際結(jié)構(gòu)中的連接方式分別施加有限元模型中的邊界條件；

步驟二、確定外載

無人直升機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受力主要來自航電設(shè)備的重力和飛行動作帶來的過載產(chǎn)生的附加力，由于重力和過載產(chǎn)生的附加力都與航電設(shè)備質(zhì)量有關(guān)可以統(tǒng)一采用過載來表示，需要分別考慮上下前后左右6個方向的過載；取各個航電設(shè)備的質(zhì)心位置作為加載點(diǎn)，利用過載系數(shù)、各個設(shè)備質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)心位置就可以完全確定外載中力和力矩的大小；

步驟三、選取優(yōu)化參數(shù)

為了對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以減小局部應(yīng)力集中和整體質(zhì)量，選取梁單元截面的厚度作為優(yōu)化參數(shù)，以結(jié)構(gòu)應(yīng)力作為優(yōu)化指標(biāo)，在滿足一定應(yīng)力范圍內(nèi)讓截面厚度最小從而使得結(jié)構(gòu)重量最輕；對同樣的結(jié)構(gòu)、在同樣的外載下，截面厚度越小內(nèi)部應(yīng)力越大，對于應(yīng)力過大的部件需要增加厚度來減小應(yīng)力，對于應(yīng)力過小的部件應(yīng)當(dāng)減小厚度來減輕結(jié)構(gòu)重量，最終實現(xiàn)在需用應(yīng)力指標(biāo)下最小的結(jié)構(gòu)重量；

步驟四、進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算

使用經(jīng)驗優(yōu)化與優(yōu)化算法全局尋優(yōu)組合方法來進(jìn)行優(yōu)化；

首先進(jìn)行經(jīng)驗優(yōu)化；對不同過載情況下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析與總結(jié)，根據(jù)經(jīng)驗對其中應(yīng)力較大部位適當(dāng)增加厚度，對于應(yīng)力較小部位減少厚度，重新進(jìn)行計算，得到新的模型重量與應(yīng)力狀態(tài)，若模型重量減輕且模型最大應(yīng)力未超過許用值，則迭代成功，在修改后模型基礎(chǔ)上繼續(xù)迭代優(yōu)化；否則迭代失敗，則在原模型基礎(chǔ)上繼續(xù)迭代優(yōu)化；

然后進(jìn)行優(yōu)化算法全局尋優(yōu)；通過給定各參數(shù)取值范圍，以結(jié)構(gòu)總重最輕為優(yōu)化目標(biāo)，使用有限元軟件的參數(shù)化建模方法快速自動建立模型并求解，將結(jié)果反饋至優(yōu)化算法端，由算法選擇合適的組合參數(shù)進(jìn)行迭代尋優(yōu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人直升機(jī)機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟二中，過載系數(shù)與設(shè)備質(zhì)量的乘積是設(shè)備受力的大小，受力方向沿著過載的方向；根據(jù)步驟一確定的連接關(guān)系，按照力的傳遞原理將設(shè)備受力傳遞到待優(yōu)化的機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生力和力矩的作用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人直升機(jī)機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟四中的優(yōu)化算法包括梯度下降法、牛頓法的傳統(tǒng)算法，以及模擬退火算法、遺傳算法的啟發(fā)式優(yōu)化算法。