基于遺傳算法的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法

周志強(qiáng) 胡宗浩 邢本東 崔燦

摘要：為了降低飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的位移變化幅度，合理優(yōu)化飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)，開(kāi)展基于遺傳算法的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法研究，通過(guò)飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣、檢查拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外形、設(shè)計(jì)飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化約束條件、轉(zhuǎn)換飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)適應(yīng)值，完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用到實(shí)際飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化中時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，提高機(jī)翼的承載能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)總重的降低，為飛機(jī)飛行安全提供保障。

Abstract： In order to reduce the displacement variation range of aircraft wing structure and reasonably optimize aircraft wing structure， the topology optimization design method of aircraft wing structure based on genetic algorithm is studied. The optimization design is completed by aircraft wing coding matrix， checking the topology shape， designing the standardized constraints of aircraft wing topology structure， and converting the fitness value of aircraft wing structure. Through comparative experiments， it is proved that when the design method is applied to the structural optimization of actual aircraft wing， it can realize the reasonable design of its structure， improve the bearing capacity of the wing， further reduce the total weight of the structure， and provide guarantee for aircraft flight safety.

關(guān)鍵詞：遺傳算法;飛機(jī);機(jī)翼結(jié)構(gòu);拓?fù)?優(yōu)化設(shè)計(jì);方法

Key words： genetic algorithm;aircraft;wing structure;topology;optimization design;method

中圖分類號(hào)：TU311.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）24-0016-03

0? 引言

在現(xiàn)代化高速發(fā)展的時(shí)代背景下，與機(jī)械制造相關(guān)、與機(jī)械生產(chǎn)發(fā)展水平相關(guān)的行業(yè)綜合水平，成為了評(píng)估國(guó)家科研制造能力的關(guān)鍵指標(biāo)。為了提高飛機(jī)科研制造水平，我國(guó)在此方面投入了大量的人力與財(cái)力，致力于開(kāi)發(fā)功能更加全面、結(jié)構(gòu)更加完善的飛機(jī)。機(jī)翼是構(gòu)成飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)，在飛機(jī)飛行過(guò)程中，機(jī)翼主要負(fù)責(zé)提供飛機(jī)上升的動(dòng)力，因此，機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)的合理性，將直接干預(yù)到飛機(jī)在飛行中的多種性能。在掌握機(jī)翼在整體結(jié)構(gòu)中的重要性后，技術(shù)單位便開(kāi)始了對(duì)傳統(tǒng)飛機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。在傳統(tǒng)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師大多是基于主觀判斷，實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。并在完成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)后，對(duì)機(jī)翼的綜合性能進(jìn)行檢驗(yàn)，倘若在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在不合理問(wèn)題，便需要設(shè)計(jì)師反復(fù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修改與優(yōu)化。盡管此種方式可以使最終集成在飛機(jī)上的機(jī)翼結(jié)構(gòu)滿足飛行需求，但在此過(guò)程中卻需要設(shè)計(jì)人員持續(xù)投入精力，不僅工作煩瑣，同時(shí)也會(huì)由于設(shè)計(jì)過(guò)程中缺少一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程周期長(zhǎng)、效率低。為了解決此方面的問(wèn)題，在本文的研究中，引進(jìn)遺傳算法，采用在終端計(jì)算機(jī)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局分析的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)機(jī)械制造綜合水平的提升。

1? 基于遺傳算法的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法

1.1 基于遺傳算法的飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化，在本章的研究中，引進(jìn)遺傳算法，結(jié)合機(jī)翼結(jié)構(gòu)構(gòu)成材料的細(xì)部結(jié)構(gòu)性能與宏觀結(jié)構(gòu)性能函數(shù)關(guān)系，掌握設(shè)計(jì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)時(shí)的最優(yōu)函數(shù)表達(dá)式[2]。在此過(guò)程中，通過(guò)遺傳算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析，可以獲得性能更優(yōu)的宏觀力學(xué)參數(shù)，從而為后續(xù)相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供參考。

為了滿足本文設(shè)計(jì)要求，在開(kāi)展此方面內(nèi)容的研究時(shí)，可采用建立飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)性能函數(shù)關(guān)系的方式，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系的描述。并通過(guò)對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握整體結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)能力。在設(shè)計(jì)編碼函數(shù)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)與HFGMC函數(shù)呈現(xiàn)匹配或?qū)訝顟B(tài)，可將遺傳算法進(jìn)行二維二進(jìn)制編碼表達(dá)方式，即產(chǎn)生的染色體均由“1”與“0”構(gòu)成，數(shù)字排列組合形成一個(gè)數(shù)字陣列?？紤]到二維二進(jìn)制編碼方式存在一定特殊性，二進(jìn)制數(shù)值交叉點(diǎn)可能存在缺陷，因此，可在此步驟進(jìn)行結(jié)構(gòu)斷點(diǎn)交叉的改進(jìn)。選擇輪換法，進(jìn)行結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)的正點(diǎn)選擇，根據(jù)結(jié)構(gòu)整體數(shù)值的正比概率，進(jìn)行染色體的選擇，選擇后可以生成一個(gè)新的編碼種群[3]。為了降低染色體變異對(duì)編碼形式的影響，可通過(guò)調(diào)整染色體基因的方式，對(duì)編碼過(guò)程進(jìn)行加速處理，即使前端的結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)（父代交叉點(diǎn)與子代交叉點(diǎn)）同時(shí)參與下一種群的競(jìng)爭(zhēng)。

在掌握基于遺傳算法的編碼原理后，將對(duì)應(yīng)的子代編碼與HFGMC函數(shù)進(jìn)行匹配。假設(shè)在此過(guò)程中飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的細(xì)部結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性特點(diǎn)，因此，可選擇結(jié)構(gòu)中的1/4結(jié)構(gòu)作為一個(gè)染色體，其中HFGMC函數(shù)使用“0”與“1”進(jìn)行描述，構(gòu)成一個(gè)數(shù)字矩陣。矩陣結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1（a）中，黑色圖片區(qū)域表示細(xì)部結(jié)構(gòu)中的纖維結(jié)構(gòu);灰色圖片區(qū)域表示為細(xì)部結(jié)構(gòu)中的基體結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)圖1（b）中，網(wǎng)格“1”對(duì)接纖維結(jié)構(gòu);網(wǎng)格“0”對(duì)接基體結(jié)構(gòu)。按照此種方式，對(duì)飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣進(jìn)行拓展，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)編碼矩陣的構(gòu)建。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外形檢查

在完成對(duì)飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣的構(gòu)建后，需要根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)與編碼的順序，進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外形適配性與合理性的檢查?？紤]到機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋮?shù)與外形均為遺傳操作隨機(jī)處理生成的，因此，在生成整體結(jié)構(gòu)時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)由于遺傳處理操作不當(dāng)導(dǎo)致的不穩(wěn)定問(wèn)題，尤其是在機(jī)翼桁架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)翼?yè)p壞等方面的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此種問(wèn)題的規(guī)避，應(yīng)采取有效的措施進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的核查。通常情況下，相關(guān)此方面的設(shè)計(jì)研究可從總剛度的矩陣正性結(jié)構(gòu)性能來(lái)判斷。當(dāng)識(shí)別后矩陣為正定性，可以認(rèn)為構(gòu)建的飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣具有穩(wěn)定性特點(diǎn)，反之，可認(rèn)為構(gòu)建的飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。對(duì)于此過(guò)程中的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行下一步驟的結(jié)構(gòu)處理與分析，可直接將此部分結(jié)構(gòu)作為不可行解的個(gè)體，并通過(guò)對(duì)其采取適度懲罰的方式降低結(jié)構(gòu)與整體的適配度即可。

在隨機(jī)生成的飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，可能發(fā)生的另一種情況包括：當(dāng)整體結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)沒(méi)有與桿件發(fā)生連接行為時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)的節(jié)點(diǎn)在整體結(jié)構(gòu)中處于獨(dú)立狀態(tài)，即此部分節(jié)點(diǎn)為無(wú)用節(jié)點(diǎn)，需要根據(jù)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需求，對(duì)其進(jìn)行刪除處理。同時(shí)，考慮到飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的不同節(jié)點(diǎn)連接情況是不同的，此種行為會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的總剛度與矩陣維度出現(xiàn)不適配的問(wèn)題。為了降低或避免由于此方面問(wèn)題造成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生，簡(jiǎn)化對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算的步驟，可以采用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)總剛度生成的方式，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的刪除。但直接刪除拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)會(huì)造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度矩陣出現(xiàn)奇異現(xiàn)象，因此，對(duì)于刪除的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，需要對(duì)其進(jìn)行矩陣修正與補(bǔ)償處理。修正與補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程為：以被刪除的節(jié)點(diǎn)位置作為補(bǔ)償支座，引進(jìn)結(jié)構(gòu)有限元處理模型，按照“主節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償1，輔助節(jié)點(diǎn)補(bǔ)償0”的方式，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)架構(gòu)的優(yōu)化補(bǔ)償。按照此種處理方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理，不僅可以實(shí)現(xiàn)將被刪除節(jié)點(diǎn)的位移約束值保持“0位移”，也可以確保飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的剛度矩陣對(duì)非奇異性問(wèn)題的規(guī)避。

除上述提出的內(nèi)容，可直接采用外觀異常檢查的方式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變量的分析，并根據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的異常點(diǎn)，進(jìn)行剛度矩陣的細(xì)致化修復(fù)。對(duì)于在此過(guò)程中較為精密的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可采用建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的方式，進(jìn)行個(gè)體或細(xì)部結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)適配性的分析，通過(guò)此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的精密調(diào)整，從而確保對(duì)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外形檢查工作的有效性，為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為支撐。但在此過(guò)程中應(yīng)注意的是，此方面工作的實(shí)施還需要根據(jù)機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)與其規(guī)模實(shí)施，并根據(jù)前端的優(yōu)化設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行檢查方案的調(diào)整。

1.3 飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束條件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

在完成上述相關(guān)研究后，可根據(jù)機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用復(fù)合材料的細(xì)部力學(xué)性能，進(jìn)行飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)與基體結(jié)構(gòu)之間函數(shù)關(guān)系式的表達(dá)[4]。表達(dá)式如下：

公式（1）中：W表示為飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)受力;？琢表示為桁架結(jié)構(gòu);A表示為截面面積，計(jì)算單位為m2;i表示為結(jié)構(gòu)位置;n表示為設(shè)計(jì)量;j表示為拓?fù)渥兞?G表示為循環(huán)動(dòng)力;L表示為飛機(jī)機(jī)體長(zhǎng)度。根據(jù)上述計(jì)算公式，可以得出飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)在飛機(jī)飛行過(guò)程中的受力受到多種因素的影響，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化，應(yīng)當(dāng)從多個(gè)因素層面考慮，設(shè)定對(duì)應(yīng)的約束條件，以此種方式，確保優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有更高的性能。

在此過(guò)程中，將飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料細(xì)部結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)矩陣作為設(shè)計(jì)變量，將不同材料的力學(xué)性能作為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行機(jī)翼結(jié)構(gòu)纖維體積的百分比約束，約束的標(biāo)準(zhǔn)可參照下述計(jì)算公式：

公式（2）中：f表示為飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能;X表示為機(jī)翼結(jié)構(gòu)構(gòu)成材料的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的“0”與“1”;S表示為纖維結(jié)構(gòu);T表示為基體結(jié)構(gòu);Vf表示為纖維結(jié)構(gòu)占機(jī)翼結(jié)構(gòu)的百分比;Vi表示為選擇結(jié)構(gòu)中有效力學(xué)結(jié)構(gòu)占機(jī)翼結(jié)構(gòu)的百分比。按照上述計(jì)算公式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的約束。為了確保約束的條件與飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)具有一致性特點(diǎn)，需要數(shù)字轉(zhuǎn)換與交易的過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的過(guò)程可采用對(duì)交叉點(diǎn)進(jìn)行斷點(diǎn)處理的方式進(jìn)行，并通過(guò)對(duì)斷點(diǎn)的處理，進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)或細(xì)部結(jié)構(gòu)約束條件的建模，以此為依據(jù)，進(jìn)行不同行或不同列斷點(diǎn)位置約束條件的建模，輸出所有可用于約束斷點(diǎn)交叉的條件，以此種方式，完成對(duì)此方面內(nèi)容的設(shè)計(jì)研究。

1.4 融合約束條件的結(jié)構(gòu)適應(yīng)值轉(zhuǎn)換

在掌握飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件后，可將對(duì)應(yīng)的約束條件作為參照，進(jìn)行機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)值的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后具有較強(qiáng)適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)值作為約束值，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，考慮到改進(jìn)結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)具有一定的隨機(jī)性，但僅按照二進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)交叉改進(jìn)的次數(shù)卻是有限的[5]。具體包括“1-0”、“1-1”、“0-0”、“0-1”，為了簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換的次數(shù)，可按照二進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換方式，進(jìn)行交叉點(diǎn)的選擇與改進(jìn)。此時(shí)，可先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)值r，通過(guò)判斷數(shù)值的奇偶性，決定結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)調(diào)整數(shù)值時(shí)按照行結(jié)構(gòu)排列或是按照豎向結(jié)構(gòu)排列。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生另一個(gè)隨機(jī)數(shù)a，按照隨機(jī)數(shù)r的判斷方式，決定染色體是否發(fā)生前端替換。按照此種方式，對(duì)飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣進(jìn)行重組。

完成矩陣數(shù)據(jù)的重構(gòu)后，為了確保初始化的種群可以遍布整個(gè)分布空間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)形態(tài)的描述，獲取結(jié)構(gòu)中的等分結(jié)構(gòu)點(diǎn)，作為初始化群體點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，為了滿足計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制數(shù)值存儲(chǔ)方式，可將對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)值以物理方式存儲(chǔ)在設(shè)備終端，直接使用調(diào)用程序，進(jìn)行“1”與“0”的排序，確保優(yōu)化后的交叉點(diǎn)與二進(jìn)制點(diǎn)呈現(xiàn)對(duì)接關(guān)系后，便可以認(rèn)為實(shí)現(xiàn)或完成了對(duì)適應(yīng)值的轉(zhuǎn)換。按照轉(zhuǎn)換后的適應(yīng)值進(jìn)行機(jī)翼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)涞木C合優(yōu)化。

2? 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

結(jié)合本文上述論述內(nèi)容，從理論層次實(shí)現(xiàn)了對(duì)基于遺傳算法的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法的理論設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的實(shí)際應(yīng)用效果，選擇以某飛機(jī)機(jī)翼生產(chǎn)加工企業(yè)為依托，針對(duì)其某一架飛機(jī)機(jī)翼規(guī)格對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。已知該飛機(jī)機(jī)翼肋板結(jié)構(gòu)的規(guī)格為450mm×250mm，通過(guò)本文上述飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣得出該機(jī)翼肋板的單元數(shù)量為45×25，其彈性模量為2.8×109，泊松比常數(shù)為0.28。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了方便分析，假設(shè)該機(jī)翼結(jié)構(gòu)只會(huì)受到載荷的影響。結(jié)合上述參數(shù)，分別利用本文提出的設(shè)計(jì)方法和基于氣動(dòng)彈性載荷的設(shè)計(jì)方法對(duì)該飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。完成設(shè)計(jì)后，為驗(yàn)證兩種飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的性能，選擇將受到多種不同應(yīng)力時(shí)的結(jié)構(gòu)位移情況作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，若在受到應(yīng)力作用時(shí)，飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的位移變化幅度較小，則說(shuō)明該結(jié)構(gòu)承載能力越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越合理，反之，位移變化幅度越大，則說(shuō)明該結(jié)構(gòu)承載能力越弱，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越不合理。在對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)位移測(cè)量時(shí)，采用結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量?jī)x對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)水平方向和豎直方向上的位移進(jìn)行測(cè)量，并將得出的結(jié)果繪制成表1所示。

表1中，X表示為水平方向上的結(jié)構(gòu)位移;Y表示為豎直方向上的結(jié)構(gòu)位移。從表1中得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，因此，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用到實(shí)際飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化當(dāng)中時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，并提高機(jī)翼的承載能力，為飛機(jī)飛行安全提供保障。同時(shí)，為了進(jìn)一步探究本文提出的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠起到降低飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)總重的作用，分別選擇四種不同的飛機(jī)機(jī)翼規(guī)格，在兩種設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出四個(gè)飛機(jī)機(jī)翼，針對(duì)其結(jié)構(gòu)總重進(jìn)行測(cè)量。選用PD-CT230PLUS型號(hào)測(cè)量裝置，對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法分別生產(chǎn)出的四個(gè)飛機(jī)機(jī)翼總重進(jìn)行測(cè)量，該型號(hào)測(cè)量裝置測(cè)量精度為0.01kg，能夠充分滿足本文實(shí)驗(yàn)精度需要。將PD-CT230PLUS型號(hào)測(cè)量裝置測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并將其繪制成如圖2所示的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)總重圖。

從圖2中繪制的兩條曲線可以看出，基于氣動(dòng)彈性載荷的設(shè)計(jì)方法中飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)總重均超過(guò)700.00kg，并且編號(hào)為1、3、4三種飛機(jī)機(jī)翼其結(jié)構(gòu)總重甚至超過(guò)800.00kg，嚴(yán)重不符合飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)需要，無(wú)法將其應(yīng)用到飛機(jī)結(jié)構(gòu)安裝當(dāng)中。而本文設(shè)計(jì)方法中飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)總重均未達(dá)到600.00kg，并且編號(hào)為2的飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)總重僅為500.52kg。因此通過(guò)上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明，本文設(shè)計(jì)方法下四種飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)總重均明顯小于基于氣動(dòng)彈性載荷的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出的兩種數(shù)據(jù)結(jié)果綜合分析得出，本文設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中可以在保證飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的情況下，使得設(shè)計(jì)精度更高，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)總重的降低。將本文提出的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化，進(jìn)而提升飛機(jī)制造行業(yè)的綜合水平。

3? 結(jié)束語(yǔ)

本文引進(jìn)遺傳算法，從飛機(jī)機(jī)翼編碼矩陣、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外形檢查、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束條件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)適應(yīng)值轉(zhuǎn)換四個(gè)方面，提出一種針對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。為了證明設(shè)計(jì)后的方法在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的實(shí)用性，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)的方法在實(shí)際應(yīng)用中，具有較顯著的優(yōu)化效果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)性能的有效改善，在實(shí)際應(yīng)用中可以在保證飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的情況下，使得設(shè)計(jì)精度更高，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)總重的降低。但此次實(shí)踐研究受到時(shí)間與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，僅從單個(gè)方面進(jìn)行了方法的檢驗(yàn)，未能從多個(gè)方面進(jìn)行方法有效性的驗(yàn)證。因此，此次研究成果僅能作為參照，仍需要在后續(xù)的研究中，對(duì)此方法進(jìn)行多個(gè)維度的有效性檢驗(yàn)。并在實(shí)踐應(yīng)用中定位此方法在功能方面存在的不足，以此種方式，為對(duì)我國(guó)現(xiàn)代化飛機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展提供完善的策略，為電子制造與精密零構(gòu)件的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)提供技術(shù)層面的有效指導(dǎo)。

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