飞机颤振模型的结构拓扑优化方法研究

"该研究主要关注飞机颤振模型的结构设计，通过拓扑优化方法解决固有频率目标和结构相似性的需求。论文提出了一种结合规则几何约束的优化策略，有效地解决了传统拓扑优化方法产生的不规则孔洞问题，同时抑制了优化过程中的棋盘格式和局部模态现象。通过实际的飞机机身壁板优化案例，证明了该方法在实现特定固有频率结构设计上的有效性，并保持了与原结构的相似性。" 这篇论文详细探讨了在飞机颤振模型设计中如何进行结构拓扑优化。颤振是飞行器中的一种动态不稳定现象，对飞机的安全性和性能有重大影响。因此，设计颤振模型时需要考虑结构的固有频率，以确保飞机在各种飞行条件下避免颤振的发生。传统的拓扑优化方法虽然能够优化结构的重量和性能，但往往产生的结构孔洞形状不规则，难以满足实际工程中对于模型相似性的要求。 论文作者杨睿、杨绪正、张颖颖等人提出了一个创新的解决方案，即引入规则几何约束的结构拓扑优化方法。这种方法结合了基于单元材料特性更改的方法（CEPCM）和双向渐进结构法（BESO）。CEPCM允许在优化过程中改变单元材料特性，以更好地控制结构的物理属性。而BESO则是一种逐步增加或减少结构元素的优化算法，能够逐步改进结构布局，避免产生棋盘格式的不连续性。 通过使用敏度再分配方法，研究人员能够更有效地调整优化过程，确保结构的固有频率达到预设目标，同时保持孔洞的规则性。这种方法的一个关键优点是它可以抑制优化过程中常见的棋盘格式现象，这是一种由于结构元素边界不连续导致的优化问题。此外，它还能减少局部模态现象，这有助于获得更加均匀和稳定的结构响应。 在实际应用中，该方法被应用于某飞机机身壁板的优化实例。优化结果表明，这种方法不仅成功设计出了符合给定固有频率要求的结构，还确保了新设计与原有机身在结构上具有一定的相似性。这对于飞机制造和维护的可替换性至关重要，因为它允许使用类似的制造工艺和工具，降低了生产成本并提高了效率。 总结起来，这篇论文提出的结构拓扑优化方法为飞机颤振模型的设计提供了新的思路，解决了固有频率和结构相似性的双重挑战，对于航空工程领域具有重要的理论和实践价值。通过引入规则几何约束和优化算法的结合，这一方法为未来类似工程问题的解决提供了宝贵的参考。