基于柔性工装的飞机复材壁板外形调控优化策略OA
Optimization Strategy for Shape Control of Aircraft Composite Panels Based on Flexible Tooling
碳纤维复合材料凭借高比强度、高比模量以及优异的轻量化特性,现已广泛应用于现代航空飞行器主承力与大型气动外形结构.在热压成形工艺下,复合材料构件易因树脂固化收缩、热应力耦合作用以及铺层结构约束差异产生不可避免的固化变形,致使构件理论设计型面与实际成形型面之间存在明显偏差.该外形偏差会直接劣化飞机气动外形精度,降低结构装配协调性,严重制约大型复合材料构件在航空装备中的高精度装配应用.因此,开展复合材料构件装配外形主动调控技术研究,对消除固化变形误差、保障飞行器气动外形准确度、提升整机装配质量具有重要工程意义.针对大尺寸飞机复合材料壁板装配过程中普遍存在的外形偏差校正困难、调形位移难以定量求解、调控过程易诱发材料内部损伤等工程难题,本文提出一种融合有限元仿真与自适应遗传算法的协同优化调形方法.以复合材料结构损伤约束为边界条件,在严格保证构件内部不产生分层、基体开裂等力学损伤的前提下,对各调形执行末端的位移量进行智能迭代求解,实现复合材料壁板实测外形与理论设计外形之间的偏差最小化.为验证所提优化策略的工程可行性与有效性,本文以某型机翼身整流罩复合材料壁板为研究对象,建立对应的数值仿真模型并开展外形调形优化分析.研究结果表明:采用本文协同优化方法后,复合材料壁板外形偏差消除率由初始66.46%提升至86.36%,构件外形偏差分布均匀性得到显著改善;同时,全过程结构应力均处于材料许用范围,实现了无损伤精准调形.本方法有效解决了传统被动校正方式精度低、一致性差、易产生二次损伤的技术短板,可为航空复合材料大型构件数字化、高精度装配调形提供可靠的技术参考,同时为同类飞行器薄壁复合材料结构的外形精准控制提供新的优化思路与工程应用途径.
Composite materials have been widely applied to aircraft structures due to their significant mechanical performance and lightweight.However,the shape difference,which induced by curing deformation,between the actual and theoretical composite panels leads to poor assembly accuracy.This paper proposes a shape control method with flexible tooling based on the finite element analysis and the adaptive genetic algorithm.The optimized displacement of every distributed shape adjusting end can be calculated to meet the requirements for shape conformity and structural healthy of the composite panel.The feasibility of the method has been verified via the shape optimization of aircraft wing-body fairing composite panel.Experimental results indicate that the shape conformity(within 0.3 mm)increases from 66.46%to 86.36%with the proposed optimized method.Moreover,the accuracy and efficiency for the composite panel assembly have been significantly improved.This study provides a new efficient and accuracy approach for the shape adjustment of composite panels during the assembly process.
王琦;张聘;于吉选;孟祥敏;王魁奎;赵聪;张学壮;李欣欣
中国航空工业集团公司济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南 250023,中国中国航空工业集团公司济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南 250023,中国中国航空工业集团公司济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南 250023,中国中国航空工业集团公司济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南 250023,中国中国航空工业集团公司济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南 250023,中国南京航空航天大学机电学院,南京 210016,中国南京航空航天大学机电学院,南京 210016,中国南京航空航天大学机电学院,南京 210016,中国
通用工业技术
复合材料飞机装配外形调控优化策略遗传算法
composite materialsaircraft assemblyshape controloptimization strategygenetic algorithm
《南京航空航天大学学报（英文版）》 2026 (2)
301-316,16
This work was supported by the Re-search Startup Project of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(No.90YAH24038).
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