基于ABAQUS对某型无人机机翼的有限元分析及局部结构设计

论文摘要

机翼作为无人机的主要承力和传力部件,容易发生疲劳破坏,其变形也会对飞行性能产生很大影响,因此对机翼进行结构分析显得尤为重要,此外机翼的材料布局和各部件连接方式对自身结构性能有着重要的影响,对机翼结构进行合理的优化,不仅能节省材料,提高结构效率,而且还能最大程度的减小自重。本文以某型号无人机机翼为研究对象,采用非线性有限元分析软件ABAQUS对机翼在各种工况和材料下进行了结构的有限元分析,对机翼进行了材料优选以及局部尺寸优选,主要内容如下:首先,对机翼结构的有限元模型进行了构建和简化,并讨论了网格划分的技术、划分网格的算法及单元类型的选取等问题。在建模过程中根据减少计算量,提高精度的原则灵活采用了相应的技术和算法。对机翼在不同攻角下的气动载荷进行了计算,同时根据实际情况对机翼承担的外载荷进行了简化,得到了机翼飞行状态的三种工况。其次,根据设计要求对机翼在三种工况下进行了结构的静力学分析和动力学分析,确定了机翼的设计载荷以及结构危险区域。对不同材料和不同工艺性能以及不同固支条件下机翼的强度和刚度问题进行了对比分析,结果表明复合材料在机翼中的使用不仅满足强度和刚度要求,而且减少了自重。不良的工艺不会对机翼的刚度产生明显影响,但会减弱机翼获取升力的效果,增大机翼连接端固支面积能提高机翼整体刚度。最后,根据对三种工况的分析结果,讨论了机翼的结构效率问题,对蒙皮、翼肋、翼梁进行了材料优选,对蒙皮厚度进行了优选,确定了优选的方案,从对优选方案的仿真计算来看,在保证结构可靠性和安全性的前提下,机翼的自重与设计方案相比减少了66.5%。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无人机概述
• 1.1.1 无人机的分类
• 1.1.2 无人机的优势
• 1.1.3 无人机的发展趋势
• 1.2 研究背景及发展现状
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 国外无人机发展现状综述
• 1.2.3 无人机设计技术的发展现状
• 1.2.4 无人机复合材料应用综述
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 有限元方法与ABAQUS
• 2.1 有限元方法的基本原理
• 2.2 有限元方法的发展历程
• 2.3 ABAQUS简介
• 2.3.1 ABAQUS的主要分析功能
• 2.3.2 ABAQUS的主要模块
• 2.4 本章小结
• 第三章 机翼结构有限元模型、约束及载荷计算
• 3.1 机翼的结构模型
• 3.1.1 机翼的结构组成
• 3.1.2 机翼结构设计思路
• 3.1.3 机翼主要部件材料参数
• 3.2 机翼的结构有限元建模
• 3.2.1 结构有限元模型的网格划分及单元选取
• 3.2.2 结构有限元模型的组件编号及站位
• 3.3 机翼结构有限元模型的约束条件
• 3.4 机翼结构有限元模型承受载荷计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 机翼的有限元分析及结构优选
• 4.1 机翼的结构有限元分析
• 4.1.1 不同工况下机翼的静力学分析
• 4.1.2 不同工况下机翼的动力学分析
• 4.2 机翼的结构参数影响分析
• 4.2.1 不同材料对机翼强度和刚度的影响分析
• 4.2.2 粘接工艺对机翼强度和刚度的影响分析
• 4.2.3 固支条件对机翼强度和刚度的影响分析
• 4.3 机翼的结构优选
• 4.3.1 结构材料的优选
• 4.3.2 蒙皮尺寸的优选
• 4.3.3 优选结果的仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本文所做工作总结
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 三种工况下机翼的位移
• 附录B 工况二下木质机翼、铝合金机翼的应力及变形
• 附录C 不同蒙皮厚度时的应力、变形及机翼重量