飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析帶CAD圖

飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析帶CAD圖,飛機(jī),起落架,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),安全性,分析,CAD 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105123 學(xué) 生 姓 名 肖 鳴 指 導(dǎo) 教 師 許 瑛 填 表 日 期 2011 年 3 月 1 日 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 飛機(jī)的起落架是飛機(jī)起飛和著陸的重要裝置，它在工作過程中承受著極大的沖擊載荷，所以采用高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼制作。起落架在長期使用的過程中，受到外界各種因素的影響，它的堅(jiān)固程度會(huì)變差，甚至產(chǎn)生裂紋。本文針對(duì)起落架的焊接進(jìn)行了深入的分析與研究，并在此基礎(chǔ)上研究了完善和加強(qiáng)飛機(jī)起落架的焊接工藝與材料的焊接性，從而大大的降低了飛機(jī)起落架焊接時(shí)出現(xiàn)的問題并提高了其焊接質(zhì)量。起落架是飛機(jī)起飛、著陸系統(tǒng)，對(duì)飛機(jī)的性能和安全起著十分重要的作用 起落架是飛機(jī)在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時(shí)用于支撐飛機(jī)重力，承受相應(yīng)載荷的裝置。簡單地說，起落架有一點(diǎn)象汽車的車輪，但比汽車的車輪復(fù)雜的多，而且強(qiáng)度也大的多，它能夠消耗和吸收飛機(jī)在著陸時(shí)的撞擊能量。概括起來，起落架的主要作用有以下四個(gè)： 　?、俪惺茱w機(jī)在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時(shí)的重力。 　　②承受、消耗和吸收飛機(jī)在著陸與地面運(yùn)動(dòng)時(shí)的撞擊和顛簸能量。 　?、刍芘c滑行時(shí)的制動(dòng)。 　　④滑跑與滑行時(shí)操縱飛機(jī)。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 起落架的收放機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，起落架的收放，上、下位鎖開鎖和上鎖，艙門的打開和關(guān)閉等均要正確匹配和協(xié)調(diào)，否則將會(huì)發(fā)生飛行事故。 我國開展了與起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)密切相關(guān)的專題研究，并取得了一大批研究成果，其中有些達(dá)到世界先進(jìn)水平，如變油孔雙腔緩沖器設(shè)計(jì)技術(shù)，飛機(jī)前輪防擺技術(shù)，飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)，長壽命、高可靠性起落架設(shè)計(jì)及壽命評(píng)估技術(shù)，起落架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，起落架收放系統(tǒng)仿真分析技術(shù)，起落架主動(dòng)控制技術(shù)等，這些成果部分地應(yīng)用于型號(hào)研制中，并取得了一定效果。許多學(xué)者與研究生在理論方面也開展了一系列研究工作?！镀鹇浼茉O(shè)計(jì)與評(píng)定技術(shù)指南》集中反應(yīng)了我國近年來在起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法方面的進(jìn)展情況。但與國外相比，我國的大量研究成果是分散的，孤立的，沒有作為模型、算法或程序模塊集成于一套系統(tǒng)中，成為設(shè)計(jì)師的實(shí)用工具，更沒有在高水平的硬件與軟件平臺(tái)上形成一套先進(jìn)、實(shí)用、高效的起落架專業(yè)CAD/CAE軟件系統(tǒng)，因而我國型號(hào)研制基本上仍是完全采用傳統(tǒng)模式，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、耗資。 國內(nèi)起落架的研究軟件主要有南京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)共同開發(fā)的起落架設(shè)計(jì)分析軟件系統(tǒng)LCAE，功能比較強(qiáng)大，能進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)、起落架機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析或應(yīng)力分析、有限元總體應(yīng)力分析、變形及載荷分析、緩沖性能分析、損傷絨線分析、及破壞危險(xiǎn)性分析?？梢詫?shí)現(xiàn)圖形及文本的前處理功能、后處理功能、分析程序的過程處理功能。另外還有南京理工大學(xué)和沈陽飛機(jī)研究所的起落架設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)ALGDES，它能進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析、系統(tǒng)空間位置造型仿真機(jī)干涉分析，它建立了起落架設(shè)計(jì)的知識(shí)表示形式和組織形式，即專家系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)都做過起落架防滑剎車系統(tǒng)的機(jī)械裝置和仿真軟件。有人研究了飛機(jī)接地時(shí)所受到的加速度的計(jì)算方法[6]，介紹了最大過載對(duì)飛行、起落架和氣動(dòng)力參數(shù)的敏感性。從國外文獻(xiàn)上來看，有的從動(dòng)能的角度研究了起落架擺振，還有的對(duì)在各種條件下的起落架性能進(jìn)行了仿真，主要是在載荷及變形方面給予仿真。 在起落架行業(yè)，國外在大力開展起落架理論與專題研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展和推廣應(yīng)用起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。在與現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)密切相關(guān)的起落架專業(yè)理論研究方面，國外從六十年代開始，己做了大量專題研究工作。如DAUTI等公司從六、七十年代起對(duì)起落架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)與理論研究，在此基礎(chǔ)上形成了一套行之有效的規(guī)范和方法。美國國家研究委員會(huì)(NRC)、朗利(Langly)研究所在七、八十代就已把有限元、模態(tài)分析技術(shù)、多體動(dòng)力學(xué)和主動(dòng)控制技術(shù)引入起落架問題研制中，提出了一系列新理論與分析方法。在可靠性方面，美、英、德等國的主要起落架生產(chǎn)廠商已分別擁有了自己的起落架可靠性設(shè)計(jì)體系，并應(yīng)用于產(chǎn)品研制、生產(chǎn)中。這些起落架專題研究提供的先進(jìn)理論成果，為國外起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用提供了專業(yè)理論支撐。在綜合運(yùn)用起落架先進(jìn)理論研究成果與一般現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，國外早己開發(fā)出了一整套成熟的起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)及相應(yīng)的起落架專業(yè)CAD/CAE一體化軟件工具，并已推廣應(yīng)用于起落架產(chǎn)品研制中，取得巨大效益。德國航空宇航研究院在研制起落架中就開發(fā)與運(yùn)用了起落架動(dòng)態(tài)仿真與優(yōu)化CAD/CAE集成軟件系統(tǒng)SIMPACK。在研制的初步階段，根據(jù)起落架的設(shè)計(jì)要求，由起落架的模型庫滑跑、剎車、牽引、轉(zhuǎn)彎等方面的動(dòng)態(tài)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，用計(jì)算機(jī)精確地模擬起落架的上述性能(以往都是大量的試驗(yàn)來確定研制中的起落架的性能)，然后再對(duì)一些主要部件進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)。由于開發(fā)與應(yīng)用了起落架現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，研制樣品的費(fèi)用與周期大為降低。意大利DAUTI公司70年代就已建立了起落架CAD/CAE系統(tǒng)，并應(yīng)用于各種起落架產(chǎn)品研制中。 從檢索到的文獻(xiàn)來看，在起落架仿真方面的研究主要都是集中在某一個(gè)機(jī)構(gòu)或部件上的。比如緩沖器的緩沖性能分析、滑落擺振分析、防滑剎車的研究，但是在起落架一體化的運(yùn)動(dòng)特性仿真研究中，各個(gè)分布質(zhì)量所受到的力、速度、加速度的大小等等動(dòng)力學(xué)特性仿真研究卻涉及的很少，而這些也是起落架整體特性的關(guān)鍵。有的雖然在起落架一體化仿真方面做過研究，但都僅限于結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。 隨著裝備的導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制精度的提高，要求制造出材料特殊(如高硬脆性、高強(qiáng)度、高彈性、高熔點(diǎn)等)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積小、尺寸和形狀精度高于0.1μm、表面粗糙度小于0.01-0.02μm的機(jī)載設(shè)備零件。為了適應(yīng)上述要求，美、英、日等到發(fā)達(dá)國家在高速數(shù)控加工技術(shù)，亞微米級(jí)超精密加工和復(fù)合超精密加工技術(shù)，納米級(jí)超精密加工技術(shù)和高強(qiáng)度、高硬度、高脆性材料加工技術(shù)等方面進(jìn)行了大量的研究工作，很多研究成果已用于生產(chǎn)。微米級(jí)坐標(biāo)鏜床已進(jìn)入生產(chǎn)線，0.1μm超精密加工機(jī)床和各種超精密加工方法已廣泛應(yīng)用于機(jī)載關(guān)鍵零件的批生產(chǎn)。單刃金剛石車削技術(shù)已用于激光晶體材料的加工，表面粗糙度可達(dá)0.001μm。用金剛石和立方氮化硼砂輪的高速緩進(jìn)強(qiáng)力磨削，可對(duì)難加工功能材料進(jìn)行高精密(微米級(jí)精度、0.1μm級(jí)表面粗糙度)無毛刺加工，能獲得復(fù)雜幾何形狀和極佳的表面完整性。此工藝在美國已成為批生產(chǎn)加工技術(shù)，成批制造出各種功能材料的機(jī)載設(shè)備零件，如紅外線或紫外光學(xué)系統(tǒng)、激光陀螺系統(tǒng)、微波管、光纖器件中的零件。 近年美國又研制出激光微細(xì)加工中心，該加工中心的視覺系統(tǒng)能提供加工過程的連續(xù)影像，并自動(dòng)尋找、對(duì)準(zhǔn)、測量和修正加工對(duì)象，加工精度可達(dá)百分之幾微米以內(nèi)。該激光微細(xì)加工中心還適用于硬脆材料(如氧化鋁、碳化硅)加工，蝕刻線寬度0.25μm，打孔直徑小于75μm，還可對(duì)各種材料的裸芯多芯電纜和光纖進(jìn)行焊接，標(biāo)志著功能材料的加工技術(shù)達(dá)到了新的水平。 20世紀(jì)90年代末，面臨裝備研制周期短、產(chǎn)品更新快、品種增多、批量減少和動(dòng)態(tài)多變的市場，裝備的質(zhì)量、價(jià)格和交貨期已成為增強(qiáng)飛機(jī)制造企業(yè)競爭力的3個(gè)決定性因素。 三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案 研究內(nèi)容： ①飛機(jī)起落架的布置形式； ②起落架的收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)； ③起落架零組件強(qiáng)度計(jì)算； ④飛機(jī)前起落架的運(yùn)動(dòng)仿真 實(shí)驗(yàn)方案： ①收集有關(guān)資料，編寫開題報(bào)告； ②翻譯外文資料 ③ 熟悉LMS Virtual.lab軟件的應(yīng)用 ④學(xué)會(huì)飛機(jī)起落的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 ⑤編寫畢業(yè)生論文 四、目標(biāo)及工作進(jìn)度 ①目標(biāo)： 熟悉起落架的各種結(jié)構(gòu)形式及收放方式，尤其是A320飛機(jī)起落架的收放機(jī)構(gòu)的功能原理和收放運(yùn)動(dòng)過程； 掌握軟件CATIA和LMS的應(yīng)用，熟悉結(jié)合多個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法； 根據(jù)模型參數(shù)，對(duì)A320飛機(jī)起落架系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析； ②工作進(jìn)度： 開題報(bào)告 第1周——第2周 飛機(jī)起落架的布置形式 第3周——第5周 飛機(jī)起落架的收放系統(tǒng) 第6周——第7周 起落架零件組強(qiáng)度計(jì)算 第8周——第9周 A320前起落架運(yùn)動(dòng)仿真 第10周——第11周 資料翻譯（不少于6000字） 第12周——第13周 畢業(yè)論文整理及答辯準(zhǔn)備 第14周——第15周 五、參考文獻(xiàn) [1]、孫桓等主編。機(jī)械原理。高等教育出版社，2001 [2]、孫靖民主編.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì).第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [3]、方世杰，綦耀光主編.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.2 [4]、王昆等主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [5]、曹維慶等主編。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [6]、馮遠(yuǎn)生主編。飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。國防工業(yè)出版社，1985 [7]、麗正能主編。飛機(jī)部件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京航空大學(xué)出版社，2003 [8]、王志瑾主編。飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。國防工業(yè)出版社，2007 [9]、Shigley JE,Uicher JJ.Theory of machines and mechanisms.New York:McGaw-Hill Book Comepany,1980 5 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析 學(xué)生姓名：肖鳴 班級(jí)：0781051 指導(dǎo)老師：許瑛 摘要：起落架系統(tǒng)是飛機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其工作性能直接影響到飛機(jī)起飛、著陸性能與飛行安全。因此，開展起落架收放系統(tǒng)的研究具有重大意義。運(yùn)用仿真技術(shù)分析飛機(jī)起落架的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)于降低飛機(jī)研發(fā)成本，提高飛機(jī)性能具有十分重要的工程意義。 本文以空客A320飛機(jī)起落架為對(duì)象，分析了A320飛機(jī)起落架的功能原理及收放運(yùn)動(dòng)；通過對(duì)其部件的強(qiáng)度計(jì)算，誤差分析，確定強(qiáng)度是否滿足要求。應(yīng)用CATIA建立了A320飛機(jī)起落架的收放運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，基于CATIA和LMS軟件，以A320飛機(jī)起落架為對(duì)象進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析。 關(guān)鍵詞：起落架，A320，收放系統(tǒng)，LMS，仿真分析 指導(dǎo)老師簽名: Aircraft landing gear mechanism design and safety analysis Student name：XiaoMing Class：0781051 Supervisor：XuYing Abstract：The landing gear system is the key components of aircraft, whose working performance directly affects the flying security and the performance of aircraft’s take off. Thus, it’s meaningful to study the retraction system. It is very significative in the project for reducing costs of aircraft research and development and improving the performance of the aircraft to analyze the kinematics and dynamics characteristics of aircraft landing gear retraction system by using simulation technology. This paper took the landing gear system of A320 aircraft as the object to analyze the principle of function and retractable movement; Through the strength calculation of its components, error analysis, to determine the strength whether meet the requirements. Application CATIA established the A320 landing gear for kinematics analysis model based on put CATIA and LMS software, to A320 landing gear for targets dynamics simulation. Keywords: landing gear, A320, retraction system, LMS, simulation analysis Signatuer of Supervisor： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析 系 別 航空工程系 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào) 078105123 學(xué)生姓名 肖 鳴 指導(dǎo)教師 許 瑛 二O一一 年 六月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性分析 II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 1.研究飛機(jī)起落架的布置形式 2.起落架的收放系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.起落架零件組強(qiáng)度計(jì)算 4.前起落架的運(yùn)動(dòng)仿真 III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 1.開題報(bào)告 第1周——第2周 2.飛機(jī)起落架的布置形式 第3周——第5周 3.飛機(jī)起落架的收放系統(tǒng) 第6周——第7周 4.起落架零件組強(qiáng)度計(jì)算 第8周——第9周 5. A320前起落架運(yùn)動(dòng)仿真 第10周——第11周 6.資料翻譯（不少于6000字） 第12周——第13周 7.畢業(yè)論文整理及答辯準(zhǔn)備 第14周——第15周 Ⅳ 、主 要參考資料： [1]孫桓等主編。機(jī)械原理。高等教育出版社，2001 [2]、孫靖民主編。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [3]、方世杰，綦耀光主編.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.2 [4]、王昆等主編。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [5]、曹維慶等主編。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [6]、馮遠(yuǎn)生主編。飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。國防工業(yè)出版社，1985 [7]、麗正能主編。飛機(jī)部件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京航空大學(xué)出版社，2003 [8]、王志瑾主編。飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。國防工業(yè)出版社，2007 [9]、Shigley JE,Uicher JJ.Theory of machines and mechanisms.New York:McGaw-Hill Book Comepany,1980 航空工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 0781051 班 學(xué)生（簽名）： 肖 鳴 填寫日期： 2011 年 3 月 1 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 許 瑛 助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 系主任（簽名）： 賀紅林 Av a i l a ble o n l i n e a t www。 s c i e n c e d i r e c t 。 c om S c i e n c e Di r e c t C h in e s e J o u r n a l o f A e r o n a u ti c s 2 1 ( 2 0 0 8 ) I 8 7 1 9 2 Chi nes e J our naI of Aer onaut i c s ；=； ww w e l s e v i e r c o m l o c a t e c j a Op t i m a l De s i g n o f Co mp l i a n t T r a i l i n g Ed g e f o r S ha pe Ch a n g i n g L i u S h i l i ， Ge We n j i e ， L i S h u j u n S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s , No r t h w e s t e r n P o l y t e c h n i c a l U n i v e r s i ty , X i a n 7 1 0 0 7 2 ， Ch i n a Re c e i v e d 1 9 J u l y 2 0 07 ； a c c e p t e d 2 J a nu a r y 2 0 0 8 Abs t r a c t Ad a pt i ve wi n g s h a v e l o n g us e d s mo o t h mo r p hi n g t e c h ni q u e o f c o mp l i a n t l e a d i ng an d t r a i l i n g e d g e t o i mpr o v e t h e i r a e r o d y na mi c c h a r a c t e ris t i c s Th i s p a p e r i n tro d u c e s a s ys t e ma t i c a p p r o a c h t o d e s i g n c o mp l i a n t s t r u c t u r e s t o c a r r y o u t r e qu i r e d s ha pe c han g e s u n de r di s t r i b u t e d p r e s s u r e l oa ds I n or de r t o mi ni mi z e t he de vi a t i on o f t h e de f o r me d s h a p e f r om the t a r g e t s h a pe ，t hi s me tho d us e s M ATLAB and A NS YS t o o p t i mi z e the d i s t r i b u t e d c o m p l i a n t m e c h ani s ms b y w a y o f t h e g r o u n d a p p r o a c h and g e n e t i c a l g o ri t h m ( G A ) t o r e mo v e the e l e me n t s po s s es s i v e o f v e r y l o w s tre s s e s I n the o p timi z a tio n p r o c es s ， man y f a c t o r s s h o ul d b e c o ns i de r e d s u c h a s a i r l o a d s ，i n pu t d i s pl a c e me n t s ，a n d g e o me t r i c n o n l i n e a rit i e s 。Di r e c t s e a r c h me tho d i s u s e d t o l o c a l l y o p t i mi z e the di me ns i o n an d inpu t d i s p l a c e me nt a f t e r the GA o p t i mi z a t i o n。Th e r e s u l t a n t s t r u c t u r e c o ul d ma ke i t s s h a p e c h a n ge fro m 0 t o 9 3 de g r e e s 。Th e e x p e rime nt a l da t a o f the mo d e l c o n firm s t h e f e a s ibi l i t y o f thi s a p pr oa c h Ke ywo r d s a d a pt i ve wi ng ；c o mp l i an t me c ha ni s m；g e n e t i c a l g orit h m ； t o po l og y o p t i mi z a t i o n； di s t r i bu t e d pr e s s u r e l o a d ；g e o me t r i c no n l in e a r i ty 1 I n t r o d uc t i o n As c o nv e n t i o n a l a i r f o i l c o nt o u r s a r e u s ua l l y d e s i g n e d wi t h s p e c i fi c l i f t c o e ffic i e n t s a n d M a c h n umbe r s ，t h e y c o ul d no t c h a n g e i n a c c o r d a n c e wi t h t h e e n v i r o n me n t c h a n g i n g S i c l a r i a n d Au s t i n 【 ”i n d i c a t e d t ha t t h e v a r i a b l e c a mb e r t r a i l i ng e d ge wo u l d pr o d uc e t he d r a g a bo u t s i xt y pe r c e n t l e s s t h a n t he c o n ve nt i o n a l fixe d c a mb e r a i r f o i l The r e a r e t h r e e me t h o ds us e d t o d e s i g n va il a b l e c a mbe r wi ng s Of t he m o ne i s c o n ve nt i o n a l h i n ge d me c ha ni s m， wh i c h，ho we v e r , wi l l c r e a t e d i s c o n t i n u i t i e s o v e r t h e wi n g s s u r f a c e l e a d i n g t o e arl i e r a i r f l o w s e p ar a t i o n an d dr a g i nc r e a s eTh e o t h e r s a r e s ma r t ma t e r i a l a nd t h e c o mp l i a n t me c ha n i s m，of wh i c h b ot h c o ul d r e a l i z e s mo ot h s ha pe Co r r e s p o n d i n g a u t h o r T e l 。 ： +8 6 - 2 9 - 8 8 4 9 3 9 2 9 E - m a i l a d d ms s g w j n w p u e d u c n F o u n d a t i o n i t e m： Na t i o n a 1 Na t u r a 1 S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Ch i n a ( 5 0 6 7 5 1 7 5 ) c h a n g i ng Ne v e rthe l e s s ，c o mpa r e d t o t h e c o mpl i a n t me c h a ni s m，t h e s m a r t ma t e ria l ma d e a c t ua t or s ha ve ma n y d i s a d v ant a g e s ，s u c h a s d e fi c i e n t i n e n e r g y , s l o w i n r e s po ns e ，s t r o n g i n h y s t e r e s i s ，l i mi t e d b y t e mp e r a t u r e ，and d i ffi c u l t t o c o n t r o l t o o ma n y a c tua t o r s Mu s o l fft f r o m I n d u s t r y Un i v e r s i ty o f Be r l i n us e d Ni Ti s ha pe me mo r y a l l o y wi r e t o ma ke a n a da p t i ve v a ria bl e c a mbe r wi ng ， wh i c h c o u l d q ui c kl y c h a n g e i t s s h a p e ， b u t c o u l d n o t p e r f o r m h i g h l y f r e q u e n t a l t e r a t i o n b e c a u s e o f i t s r e s i l i e n c e d e p e n d e n t o n t h e he a t e x c ha ng e wi t h t h e ou t s i de e nv i r o n m e nt Co mp l i a n t me c h a n i s m i s a k i n d o f o n e - p i e c e fle x i bl e s t r u c t u r e ，whi c h c a n t r an s f e r mo t i o n a nd po we r t h r o ug h i t s o wn e l a s t i c d e f or ma t i o n I t i s no t o n l y fle x i b l e e n o u g h t o d e f o r m， b u t a l s o h a s e n o u g h s t i ffne s s t o wi t h s t a n d e xt e r n a l l o a d s Tha n ks t o i t s j o i n t fr e e n a t u r e ， i t d o e s n o t h a v e t h e t r o u b l e s o me p r o bl e ms c o n f r o nt e d b y c o n ve nt i o n a l me c ha ni s m 燮一 維普資訊 http:/ 1 8 8 L i u S h i l i e l a l C h i n e s e J o u r n a l o f A e r o n a u t ic s 2 1 ( 2 0 0 8 ) 1 8 7 - 1 9 2 s u c h a s f ric t i o n ， l u bric a t i o n，n oi s e a nd r e c o i l i ng ， t h e r e b y a c h i e v i n g s mo o t h s h a p e c h a n g i n g I n 1 9 9 4 ， Ko t a 【 j J ， a p r o f e s s o r f r o m Un i v e r s i t y o f M i c h i g a n ， fi r s t l y p o i n t e d o u t t h a t c o mp l i a n t me c h a ni s m c ou l d be us e d t o c o n t r o l s t a t i c s h a pe c ha n gi ng u nd e r t h e s p o ns o r s hi p o f t he Ai r Fo r c e Offi c e of S c i e n t i fic Re s e a r c h i n U S ASa g ge r e a nd Ko t a 】 s ug g e s t e d a ne w me t h o d t o d e s i g n c o mp l i a n t a da p t i v e s t r uc t u r e s ，whi c h m a de t he l e a s t s q u a r e e r r o r s b e t w e e n t h e s h a p e c h a ng e d c u r v e a n d t he t a r g e t c u r v e a s t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n f o r o p t i mi z a t i o n Ba s e d o n t he i r wo r k，Lu p u t f o r wa r d a l o a d pa t h r e p r e s e n t a t i o n me t h o d Ho we v e r , he r wo r k wa s l i m i t e d t o o nl y l i ne a r a na l ys i s u nd e r c o ns i d e r a t i o n o f n o d a l l o a d s Go o d fro m Vi r g i n i a P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e o f S t a t e Un i v e r s i ty u s e d t h e c o mp l i a n t m e c h a n i s m a nd t h e M o v i n g As y m p t o t e s me t ho d t o de s i gn t h e fu s e l a g e t a i l wi t h i n t h e a l l o wa b l e r a n ge o f i t s t i p ma x i ma l d e fl e c t i o n Ko t a a n d He t r i c k i n 2 0 0 4 d e s i gn e d a c o mp l i a n t t r a i l i n g e d g e o n t h e b a s e of t he F1 6 s d a t a ，whi c h c a n c ha n ge fro m 0。t o 1 5 。 a n d o bt a i ne d a D a t e nt Ca mp a n i l e 8 】fro m Ge r ma n Ae r o s p a c e Ce n t e r p r e s e n t e d a mo d a l p r o c e d u r e t o d e s i gn s y nt h e t i c fle x i bl e me c ha n i s m s for a i r f o i l s h a p e c o n t r o l ，a n d p o i n t e d o u t t h a t t h e fut u r e r e s e a r c h s h o ul d t a k e i nt o a c c o u n t t h e a i r l o a d a n d t h e g e o me t r i c n o n l i n e a ri tyBu h l 】fro m Ri s o Na t i o n a l La b o r a t o r y o f t h e W i n d En e r g y De p a r t me n t i n De n m a r k u s e d t he S I M P me t ho d a nd g e ome t r i c a l l y n on l i n e a r fin i t e e l e me n t me t ho d t o d e s i g n c o mpl i a n t t r a i l i n g e d g e fla ps F l xS ys I nc i n 20 0 6 pr o d u c e d a n a d a p t i v e c o mp l i a n t wi n g ， wh i c h s t o o d t h e t e s t o n t h e W hi t e Kni g h t a i r p l a n e The r es ul t s i n di c a t e d t ha t t h e c o mpl i a nt t r a i l i ng e d g e c o ul d c ha ng e+1 0 叭I n Chi na ，t he r e s e a r c h of a d a p t i v e wi n g h a s be e n c o n c e n t r a t e d o n s ma r t ma t e r i a l a n d c o n v e n t i o n a l me c ha ni s mFe w p e o p l e ，i t s e e m s ，h a ve wo r ke d o n d es i gn i ng a d a p t i ve wi n g s wi t h t he c o mpl i a n t me c ha ni s mYa ng i s a n e xc e p t i o nHe a n a l y z e d t h e a c t i ve a e r o e l a s t i c wi ng s ba s e d o n t h e a e r o s e rv o e l a s t i c i ty t e c h n o l o g y C h e n a n d Hu a n g s e p a r a t e l y i n v e s t i g a t e d t h e mo rph i n g o f t h e c o mp l i a n t l e a d i n g e d g e fro m t he vi e wp oi n t s o f d i s c r e t e ne s s a nd c o n t i n un V 1 2 _ l 3 1 Thi s p a p e r p r e s e n t s a me tho d t o d e s i gn t h e s ha pe c ha ng e a b l e s t ru c tu r e b y M ATLAB a n d AN S YS a s s o c i a t e d wi t h d i s t r i bu t e d c o mp l i a n t me c h a n i s m o n t h e b a s e o f t he g r o u nd s t r u c t ur e a p pr o a c h a n d g e n e t i c a l g o r i t h m ( G A) t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e e x t e r na l d i s t r i bu t e d l o a d s a n d ge o me t ric n o nl i ne a r i t y 2 Op t i mi z a t i o n P r o c e s s 2 1 De fini ng t he t r a i l i ng e d ge mo de l a nd o b- j e c t i v e f u n c t i o n A s s ho wn i n Fi g 1 ，b ot h c u r ve s r e pr e s e nt tw o i d e a l s h a p e s o f t h e t r a i l i n g e d g e i n t h e d i ff e r e n t fl y i n g s t a t e s O n e s i d e p o i n t )o f t h e s t ruc tur e i s s u p p o s e d t o b e fi x e d ， a n d t h e o t h e r s i d e p o i n t ) t o be s l i d i n g ho r i z o nt a l l y F i g 1 I n i t i a l s h a p e a n d t a r g e t s h a p e Fi r s t l y , t he d e s i g n d o m a i n s ho u l d b e d e fin e d by t h e i n i t i a l c u rv e s h a pe t h e i np u t l o c a t i o n a n d t h e bo u n da r y c o n di t i o ns Th e n i t i s di vi d e d wi t h a be a m e l e m e n t n e tw o rk s i mu l a t i ng t he b i r d s f e a t h e r a s s ho wn i n Fi g 2 Th i s i s t e rm e d t he p a r t i a l g r o u nd s t ru c tu r e m e t h od F i g 2 Di s c r e t i z a t i o n o f t h e d e s i g n d o ma i n T h e s i mp l e s t a n d mo s t e ff e c t i v e wa y t o ma n u f a c t u r e t h e p l a n a r c o mpl i a n t me c ha ni s m i s t o us e wi r e c u t t i n g t e c hn o l o g y I n t h e o p t i mi z a t i o n p r o g r a m ， a l l t h e e l e me nt s a r e o f r e c t a ng u l a r be a ms wi t h 維普資訊 http:/ L i u s h 啦e t a L C h i n e s e J o u r n a l o f A e r o n a u t i c s 2 1 ( 2 o o 8 ) 1 8 7 - 1 9 2 t h e s a me wi d t h e q ua l t o t he t hi c k ne s s of t h e m a t e ria l ， e ve r y b e a m s h e i g h t b e i ng a de s i g n va r i a bl e I n o r d e r t o m a k e t h e s t r u c t ur e s de f o r m a t i o n c o me c l os e t o t h e t a r g e t s ha pe c u r v e ， t h e l e a s t s q u a r e e r r o r ( L S E ) b e t we e n t h e d e f o rm e d c u r v e a n d t h e t a r g e t c u rve i s d e fi n e d a s t h e o b j e c t i v e f u n c t i o n LS E i s the s u m o f s q u a r e s o f p os i t i o n d i ffe r e n c e s o f v a rio us po i nt s a l o ng t he c urv e s I t s e x p r e s s i o n i s mi n ) ： ( 1 ) f =1 w h e r e i ( = 1 ， 2 ， ， P )i s t h e n u m b e r o f t h e p o i n t s a l o ng the c u r v e s ，P i s t he t o t a l n umb e r of p oi nt s T a 叻 J ， T a r ， i ) a n d D e f , i ， Y D e f ,i )a r e t h e c o o r d i n a t e s o f i t h n o d e o n t he t a r ge t a n d de f o rm e d bo u nd a ry c u r ve r e s pe c t i ve l y Th e c o ns t r a i nt s a r e h m i n h i h m h minhbh m d 0 ， 1 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) wh e r e J( = 1 ， 2 ， ， ) i s t h e n u mb e r o f e l e me n t s ， m i s t h e t o t a 1 n u mbe r o f e l e me n t s ，h f t h e d i me n s i o n v a ri a b l e ， n a n d m a x a r e t h e l o we r a n d u p p e r b o u nd s of t he e l e me n t be a m he i g ht f o r a l l e l e m e n t s wi t h t h e v a l ue de pe nd e nt o n ma n uf a c t u r i ng ，h b t he he i g ht o f t he bo u nd a ry e l e m e n t s ， t he ma xi mum no d a 1 d e f o rm a t i o n o f t he no d e s o n t he c u rv e b o un d a ry wh e n t he i n p ut po i n t i s i na c t i v e ，a n d s ho u l d b e s ma l l e r t h a n 明 t o e n s u r e s t ruc t u r e s t i ff n e s s ， 明 t h e a l l o wa bl e ma x i mum d i s p l a c e me n t whe n t h e i n pu t p o i n t i s i n a c t i v e ，O m a x t h e ma x i mu m s t r e s s o f a l 1 t h e e l e me n t s whi c h mus t be s ma l l e r t h a n ff s t o p r e ve nt y i e l d i n g ， 乃t h e t o p o l o g y v a ri a b l e e q u a l t o 1 ， o r e l s e 0 whe n t h e e l e m e n t i s e l i mi na t e d 2 2 GA o pt i mi z a t i on GA i s a n o p t i mi z a t i o n me t h o d wh i c h s i mu l a t e s t h e he u r i s t i c s e l e c t i o n ru l e i n na t ur e ，wh e r e t h e fit t e s t l i v i ng t h i n gs ha ve t he mos t c ha nc e t o s ur v i ve ， b ut t he i n f e rio r o ne s a l s o h a v e t he o p po r t u n i t y t o e xi s t Di ffe r e n t f r o m th e c o n t i n uo us o p t i mi z a t i o n 1 8 9 me t ho d，i t do e s no t r e q ui r e t h e g r a d i e n t - ba s e d i n f o rm a t i o n o f t h e o b j e c t i v e fun c t i o n Ev e ry e l e m e nt c o ul d be e x p r e s s e d a s a t o p o l ogy v a ria bl e a n d a di m e ns i o n va ria bl e 5 The r e f o r e ，e a c h i n d i v i d u a 1 c o u l d b e c o d e d a s f o l l o ws U= 一 島 一 】 ( 7 ) wh e r e ， 2 i s t h e n u mb e r o f e l e me n t s e x c e p t t h e bo u n da ry o ne s W i t h the s a me he i g ht s ， t he b o u nd a ry e l e me nt s t h r o u g ho u t t he o pt i mi z i ng pr o c e s s a r e r e pr e s e n t e d by o n l y o ne va ria bl e ， h b Th e fit ne s s i s t h e c rit e rio n o f t h e GA o pt i mi z a t i o n I t c o u l d b e t r a n s f o rm e d fr o m t h e o b j e c t i v e fun c t i o n i n t o F i t ( f ( x ) ) =e x p ( - fl -廠 ( ) ) ( 8 ) wh e r e 8 i s a c o e ffic i e n t d e c i d i n g t h e c o mp u l s i v e s e l e c t i o n of t h e be t t e r i nd i v i d ua 1 The s ma l l e r th e v a l u e ， t he mo r e d i ffe r e nt wo u l d be b e tw e e n t he tw o i n d i v i d u a l s fit n e s s t h u s i n c r e a s i n g t h e c o mp u l s i v e ne s s o f c ho os i ng t he i nd i v i d ua l o f hi g h e r fitnes s The s e l e c t i o n o f c o nt r ol pa r a me t e r s pl a ys a n i mpo r t a nt r o l e i n t he c o n ve r g e n c e o f t h e GAGe n e r a l l y s p e a k i n g t h e c r o s s p r o b a b i l i ty r a n g e s 0 4 0 0 9 9 ； t h e mu t a t i o n p r o b a b i l i ty i s 0 0 0 0 0 1 - 0 0 1 a n d t he n umbe r o f i n di vi d ua l s 1 0 2 00 Th e va ria bl e wo ul d b e up da t e d t hr o u g h t he c r os s o ve r a n d mut a t i o n， s o t h e po s s i bl e d e s i g n c o u l d g e n e r a t e i n t he GA p r o c e s s 2 3 F i n i t e e l e me n t a n a l y s i s( F E A) Be c a us e o f t h e l i mi t e d d e s i g n v a ria bl e s a n d t he t a r g e t f u nc t i o n，t he o p t i m i z a t i o n mo d ul e of F EA s o f tw a r e c o ul d no t be us e d t o de s i g n t he c omp l i a nt mor ph i ng m e c h a n i s m The r e f o r e ，t hi s pa pe r p r o gr a mme d t h e GA i n M ATLAB a n d t he FEA i n AN S YSI n t h e FEA，t a k i n g o nl y a c c o un t o f g e o me t ric no nl i ne a rit i e s a n d t h e ma t e r i a l b e i ng o f l i ne a r e l a s t i c i ty,ANS YS c o u l d s o l v e t h e n o d e d i s p l a c e me n t s a n d t h e e l e me n t s t r e s s e s Th e n by d e l e t i ng t he e l e me n t s wi t h l o w s t r e s s ， t h e fit n e s s c o u l d b e c a l c u l a t e d F i g 3 s h o ws t h e d e t a i l e d p r o c e s s 維普資訊 http:/ I 9 0 L i u s h e t a 1 C h i n e s e J o u r n a l o f A e r o n a u t ic s 2 1 0o o 8 ) 1 8 7 - 1 9 2 I n i t i a l s h a p e a n d t a r g e t s h a p e Di s c r e t i z e t h e d e s i g n d o ma i n I n i t i a l i z e t h e v a r i a b l e De f i n e t h e t arg e t f u n o t i o n Ge n e r a t e s o l u t i o n s r a n d o ml y 一一一f 一一 Co n d u c t F EA f 0 r e a c h i n d i v i d u a l Ou t p u t n o d a l s t r e s s a n d n o d a l d i s p la c e me n t I De l e t e t h e l O W s t r e s s e l e me n t Ca lc u l a t e t h e fit n e s s I GA g e n e r a t e n e w g r o u p l Ma Y口 P n e r a t i 0 n l l Di r e c t s e a r c h o p t i mi z a t i o n l t Op t i ma l s o l u t i o n P r o g r a m v d t h MAT LAB a n d g e n e r a t e ANSYS l o gfil e M ATI AB ma in p r o c e d u r e ： ( DCa l 1 ANS YS f 0 r FF A GA o p t imi z e Dir e c t s e a r c h O pt l m 1 Ze Fi g 3 Fl owc ha r t oft h e s t r uc t ur a l o pt i mi z a t i on pr o gr a m 2 4 Se c o nd o pt i mi z a t i o n Al t h o u g h t he GA c ou l d o p t i mi z e t he t o po l o g y a n d d i me n s i o n s i mu l t a ne ou s l y i n a l a r ge s o l u t i o n s pa c e ， t h e di m e ns i on u s u a l l y c o ul d no t di r e c t l y c o nv e r g e t o t he o p t i mi z a t i o nI n o r de r t o s ol v e t h i s p r O b l e m，a fte r t h e GA，t h e Di r e c t S e a r c h me t ho d s h o u l d b e u s e d t o fi n d t h e b e s t v a l u e s o f t h e i n p u t di s pl a c e me nt a nd t h e di me ns i o n s o f t h e e l e m e n t s whi c h r e ma i n i n t he r e s ul t s a fte r t h e GA Fo r mo r p h i ng of c o mpl i a n t me c h a n i s m ，F(xiàn)i g 3 d e s c r i be s t he who l e o p t i m i z a t i o n p r oc e s s I t ma i nl y c o n t a i n s i n i t i a l i z a t i o n o f t h e d e s i g n d o ma i n ，F(xiàn) E A， GA o pt i m i z a t i o n a n d s e c o nd o p t i mi z a t i o n 3 P r e s e nt a t i o n o f Re s ul t s Ad o p t e d f r o m Re f 5 ， t h e s i z e s o f t h e i n i t i a l a n d t he t a r g e t t r a i l i ng e d ge a r e r e d u c e d b y s i x t y pe r c e n t ，I 1a b1 e 1 l i s t s t he d e s i g n p a r a me t e r s Be c a u s e t h e d i s p l a c e me n t i S u s e d a s t h e i n p u t ， t h e n o nl i ne a r a na l ys i s c o u l d ha r d l y c o n ve r g e a nd t h e s t r e s s o f t h e i n i t i a 1 s o l u t i o n s i S v e r y l a r g e wh i c h s h o ul d be c o n s i d e r e d a fte r t h i r t i e t h g e ne r a t i o n Ta b l e 1 De s i g n p a r a me t e r s P ar T l e t e r s Va l u e s Ma t e r i a l T h i c k n e s s mm Pla s t i c mo d u l u s GP a P o i s s o n r a t i o Yi e ld s t r e s s 腳a m m ， 咖 瞳 ，腿 ， mm I n p u t d i s p l a c e me n t mm Di s t r ib u t e d p r e s s u r e l o a d s ( Nll l ln ) M a x g e n e r a t i o n Cr o s s p r o b a b i l i t y Mu t a t e p r o ba b i l i ty A l u mi n o u s a l l o y ( 2 A1 2 一 T 4 ) 2 5 71 0 3 3 3 7 9 l 0 l 5 l Of I l 。 ) l 5 0 0 8 0 O 2 Fi g 4 a nd Fi g 5 i l l u s t r a t e t h e r e s ul t s fro m t h e GA o p t i mi z a t i o n a nd t he s e c o n d o p t i mi z a t i o n r e s p e c t i ve l y 2 0 0 J 5 O l 0 0 5 0 0 5 O l O O 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 Fi g 4 Re s ul t s a f t e r t h e GA o pt i mi z a t i on F i g 5 Re s u l t s a fte r t h e s e c o n d o p t i m i z a t i o n F o r m T a b l e 2 ， i t c o u l d b e f o u n d t h a t t h r o u g h t h e s e c o n d o p t i mi z a t i o n o f t h e i n p u t d i s p l a c e me n t a nd t h e di me n s i o n，t he LSE i s r e d uc e d b y 1 3 5 2 8 維普資訊 http:/ L i u s h m e t a L C h i n e s e J o u r n a l o f A e r o n a u t i c s 2 j ( 2 o o 8 )1 8 7 - 1 9 2 i n n l a nd i mp r 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