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题名	轻型、小型吊舱结构技术研究
作者	江川
学位类别	硕士
答辩日期	2016-05
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	刘儒贞
关键词	轻型小型、主框架、多目标拓扑优化、碳纤维、复合材料优化
中文摘要	随着吊舱应用的不断深入，吊舱平台的性能也在不断的提高。从结构上来 讲，轻型化小型化是吊舱发展的一个重要趋势，因此对吊舱结构这方面的研究 是十分必要的。众所周知，吊舱工作在振动、迎风的复杂环境中，对结构刚度、 动态性能的要求是苛刻的。因此如何在保证吊舱动、静力学特性的情况下，实 现结构的轻小型成为难题。本文针对此难题，提供了对吊舱结构进行小型、轻 型化设计的方法。 首先介绍了吊舱轻小型研究的相关背景，阐述了本文的目的及意义、国内 外吊舱的研究现状以及目前的轻量化技术发展状况。 然后，分析了目前吊舱平台的主要框架形式，并选择二轴二框架结构作为 小型化设计的结构形式；分析了吊舱的一般气动外形，并选择柱状外形；分析 了吊舱结构的布局和主要构成，建立了吊舱的三维模型；分析了吊舱的工况， 计算了吊舱在特定条件下的受力情况；建立了吊舱的有限元模型，得到了静力 学、模态分析结果，提出了吊舱主框架、蒙皮结构作为轻量化设计的基础并对 二者进行了静力和模态分析。 研究了能够实现轻量化设计的拓扑结构优化方法；通过介绍刚度优化函数、 频率优化函数，建立了多目标拓扑优化函数，并对三个函数各自的主框架拓扑 优化结果进行了分析对比，表明了多目标拓扑优化的有效性；基于主框架的拓 扑优化结果，建立了新的三维主框架模型，质量从6Kg 下降到4.94Kg,验证了 基于拓扑优化的轻量化设计的可行性和多目标函数的正确性；基于多工况刚度 拓扑优化函数，对蒙皮进行了拓扑优化，在保证其静态和动态特性的同时，使 其质量从1.8Kg 下降到0.88Kg，轻量化率达到51.38%。 接着介绍了基于轻质材料的轻量化设计。对于主框架选择了T700 碳纤维单 向布作为设计材料，介绍了碳纤维复合材料基本组成；研究了复合材料的力学 理论，并通过理论分析，得到铺层设计的建模方式；基于拓扑结构优化的分析 结果，对主框架模型抽壳，建立了基于铺层设计的碳纤维有限元模型；并对主 框架模型进行静力模态分析，结果表明此结构初步符合设计要求。对于蒙皮， 选用尼龙作为轻质材料，通过有限元分析，表明以尼龙为材料的蒙皮结构是满 足动静特性的，最后借助3D 打印技术成功打印了蒙皮结构，使质量从1.81Kg 下降到0.38Kg，轻量化率达到79%，并成功运用到某吊舱平台。 研究了复合材料优化设计的一般方法；通过尺寸优化、自由尺寸优化、铺层次序优化，实现了主框架结构的轻量化设计；最终主框架在满足刚度和谐振 特性的情况下，质量从最初的6Kg 下降到3.735Kg，轻量化率达37.35%，达到 了轻量化设计的目的。
语种	中文
学科主题	机械制造及自动化
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/8004]
专题	光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文
作者单位	中科院光电技术研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	江川. 轻型、小型吊舱结构技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2016.

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