【摘 要】
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针对在飞机设计中，采用传统铰链机构会使机翼表面产生不连续变化而导致气流提早分离的问题。本文从柔性机构实现连续平滑的形状变化的技术出发，以实现变弯度机翼前缘的形状变化
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针对在飞机设计中，采用传统铰链机构会使机翼表面产生不连续变化而导致气流提早分离的问题。本文从柔性机构实现连续平滑的形状变化的技术出发，以实现变弯度机翼前缘的形状变化为应用目标，研究了用二维柔性机构实现期望的形状变化的拓扑尺寸综合优化方法和实现机翼前缘形状变化的可行性问题。 本文首先在系统研究柔性机构设计方法的基础上，重点研究了二进制基结构参数化方法、遗传优化算法(GA)和渐进结构优化算法(ESO)，并进行了给定初始形状曲线和期望形状曲线的可行性分析以及优化过程个体结构的有限元分析，从而为柔性机构实现形状变化的优化设计奠定了理论基础。 其次，本文在基于二进制基结构法对设计区域参数化的基础上，建立了形状变化柔性机构的优化数学模型；采用二进制编码技术和实数编码技术建立混合变量遗传算法优化模型；结合机翼前缘形状变化设计实例，采用MATLAB7.1进行了优化设计计算，并用ANSYS对优化结果进行了分析验证。结果表明：柔性机构可实现机翼前缘形状连续平滑变化要求，且采用遗传算法能达到拓扑和尺寸同时优化以及消除灰色区域(grey area)的目的。为了解决遗传算法优化结果模型中存在的低效率或无效单元问题，本文还提出了在GA优化过程中引入ESO思想，形成一种新的GA-ESO算法。结合实例分析验证了GA-ESO算法的可行性，并且结果表明：这一算法不仅能有效消除优化结果中的不良单元，而且能提高优化效率，改善优化结果，同时对优化结构模型无需进行后处理。 本文还针对较高外载荷作用下柔性机构实现机翼前缘形状变化优化设计问题，通过采用对柔性机构优化设计方法的改进、材料的选择以及单元截面的变化等措施来解决柔性机构在输入力和较高外载荷作用下同时满足形状变化和刚度要求。 本论文的研究工作对柔性机构实现期望的形状变化优化设计及其在各种需要形状变化系统中的应用具有指导意义和参考价值。
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