连续体拓扑优化提升柔性机构的机翼前缘变形设计

本文探讨了拓扑优化技术在机翼前缘设计中的具体应用，发表于2008年的《机械科学与技术》第27卷第10期，作者为李哲、葛文杰和赵飞，来自西北工业大学机电学院。论文主要关注的是如何通过连续体拓扑优化来解决柔性机构实现机翼前缘变形的问题。这种技术的核心是建立一个基于SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）的密度-刚度插值模型，该模型将实际位移与目标位移的偏差作为优化目标，同时考虑了材料用量、屈服应力以及机翼表面受载荷的实际约束。 作者们运用Matlab和Ansys这两个专业软件进行优化设计和仿真分析，这两个工具在结构工程领域被广泛用于求解复杂的优化问题。他们的研究模型旨在最小化变形与目标形态之间的偏差，确保设计的灵活性和结构的强度得以兼顾。在实验验证阶段，他们构建了一个铝合金实物模型，对机翼前缘断面在0-1 N/mm的均匀外载作用下进行了测试，结果表明，这种设计方法可以实现0-6.7°的理想机翼前缘变形，这在提高飞行器性能、减少重量和增加燃料效率方面具有显著的优势。 此外，论文还提及了关键词“连续体拓扑优化”、“柔性机构”和“自适应机翼”，这些是研究的核心概念，体现了对先进航空工程中关键技术和设计理念的深入探索。中图分类号为“TH1112”，文献标识码为“A”，文章编号为1003-8728(2008)10-1158-05，表明这篇论文已被认可并收录在学术期刊上，供同行评审和学术交流使用。 这篇文章不仅提供了一种创新的设计方法，也为航空工程领域的工程师们提供了一种实用的工具，帮助他们在满足功能需求的同时，优化结构设计，提升航空器的性能和效率。