面向最大化刚度与基频的空气舵显式设计优化
最优化与控制
2024-01-18 v1
摘要
在航空航天工程中，通过拓扑优化实现轻量化设计的需求日益增长。本文基于可移动变形组件（Moving Morphable Components, MMC）方法，提出了一种用于飞机姿态控制中常用加强空气舵的新型设计优化方法。不规则封闭设计域内的加强筋被建模为可移动变形组件，并通过壳单元离散化，在优化过程中利用显式参数精确捕捉其几何形状与演化。为最大化舵结构的刚度与基频，开发了数值分析算法并进行了形状灵敏度分析。为满足制造要求，对加强筋规定了最小厚度。针对厚度小于阈值的加强筋，开发了厚度与密度惩罚策略，以满足厚度要求并抑制虚假模态。通过两个典型空气舵的优化算例验证了方法的有效性，展示了加强筋分布对设计目标的重要性。显式建模特性允许将优化结果直接导入 CAD 系统，显著提升了工程适用性。
引用
@article{arxiv.2401.08995,
title = {Explicit design optimization of air rudders for maximizing stiffness and fundamental frequency},
author = {Yibo Jia and Wen Meng and Zongliang Du and Chang Liu and Shanwei Li and Conglei Wang and Zhifu Ge and Ruiyi Su and Xu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.08995},
year = {2024}
}