本文關(guān)鍵詞：多旋翼無人機動態(tài)特性分析與起落架連接件優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 多旋翼無人機 復(fù)合材料 模態(tài)分析 瞬態(tài)響應(yīng)分析 傳遞路徑分析 優(yōu)化

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,多旋翼無人機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于眾多軍事和民用領(lǐng)域中,受到了越來越多相關(guān)研究人員的重視,取得了可觀的成果。多旋翼無人機在飛行時,由于風(fēng)力擾動及電機振動等振源的存在,會造成多旋翼無人機機身的振動,影響無人機的正常飛行,造成傳感器的振動,降低傳感器的工作精度,嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生共振,引起多旋翼無人機結(jié)構(gòu)的破壞。想要解決多旋翼無人機振動問題必須要先了解多旋翼無人機的動態(tài)特性。本文課題以課題組研究的多旋翼無人機作為研究對象,使用有限元模態(tài)分析及傳遞路徑分析方法,確定多旋翼無人機動態(tài)特性,進而使用有限元拓撲優(yōu)化的方法對多旋翼無人機進行優(yōu)化。在三維建模軟件UG中建立多旋翼無人機三維模型,確定多旋翼無人機整機仿真方案,并對無人機模型進行一系列簡化,如對非承載件和小尺寸工藝孔進行忽略處理,復(fù)雜形狀的零件進行適當(dāng)?shù)暮喕幚?圓角和倒角進行圓整光滑處理等。簡化后的模型導(dǎo)出到有限元分析軟件Patran和Ansys中,建立多旋翼無人機的有限元分析模型。忽略多旋翼無人機的結(jié)構(gòu)阻尼,對多旋翼無人機模型進行了整機自由模態(tài)分析,得到了無人機前12階的模態(tài)信息。并進行多旋翼無人機瞬態(tài)響應(yīng)分析,得到了傳感器附近某節(jié)點的響應(yīng)結(jié)果。通過傳感器振動試驗測得了振動結(jié)果與仿真結(jié)果相對比,得出Z方向振動較大的結(jié)果,證明了仿真結(jié)果的正確性。利用CAE方法與振動傳遞路徑相結(jié)合的方法進行了多旋翼無人機振動傳遞路徑分析,通過無人機的頻響分析得到無人機振動傳遞函數(shù),并用逆矩陣法求取無人機的工作載荷,確定了振動傳遞到傳感器處的主要傳遞路徑。針對無人機起落架連接件建立有限元模型,對其進行拓撲優(yōu)化,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定可以去除材料的范圍,根據(jù)這個范圍對原來的起落架連接件模型進行修改,將修改后的模型進行靜力強度分析,取得了比較好的優(yōu)化結(jié)果。本文通過仿真和試驗,獲得了多旋翼無人機的模態(tài)信息等動態(tài)特性信息,得到了多旋翼無人機傳感器處的振動信息及振動主要傳遞路徑,對多旋翼無人機的減振提供了理論依據(jù),進行了無人機起落架連接件的拓撲優(yōu)化,得到了優(yōu)化后的起落架連接件。
【關(guān)鍵詞】：多旋翼無人機 復(fù)合材料 模態(tài)分析 瞬態(tài)響應(yīng)分析 傳遞路徑分析 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外的相關(guān)研究歷史與發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 有限元模態(tài)分析的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 傳遞路徑分析的發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.2.3 有限元拓撲優(yōu)化的發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容17-20
• 第2章 多旋翼無人機有限元建模及瞬態(tài)響應(yīng)分析20-38
• 2.1 復(fù)合材料力學(xué)特性20-26
• 2.1.1 復(fù)合材料動力學(xué)分析時的基本假設(shè)20-21
• 2.1.2 單向纖維層應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系21-23
• 2.1.3 層壓板的內(nèi)力-應(yīng)變關(guān)系23-26
• 2.2 多旋翼無人機有限元建模26-30
• 2.2.1 多旋翼無人機系統(tǒng)概述26
• 2.2.2 多旋翼無人機系統(tǒng)的有限元建模26-30
• 2.3 多旋翼無人機瞬態(tài)響應(yīng)分析30-37
• 2.3.1 瞬態(tài)響應(yīng)理論及其有限元實現(xiàn)30-32
• 2.3.2 多旋翼無人機旋翼支撐臂的瞬態(tài)響應(yīng)分析32-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 多旋翼無人機振動傳遞路徑分析38-48
• 3.1 傳遞路徑分析方法概述38-41
• 3.1.1 傳遞路徑分析方法原理38-39
• 3.1.2 傳遞函數(shù)的確定39
• 3.1.3 工作載荷的獲取39-41
• 3.2 多旋翼無人機頻率響應(yīng)分析41-44
• 3.2.1 頻響分析概述及其有限元實現(xiàn)41-42
• 3.2.2 多旋翼無人機的頻率響應(yīng)分析42-44
• 3.3 多旋翼無人機振動傳遞路徑分析44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 多旋翼無人機整機仿真分析與試驗48-60
• 4.1 模態(tài)理論及其應(yīng)用48-52
• 4.1.1 模態(tài)分析基本理論48-51
• 4.1.2 模態(tài)分析的有限元實現(xiàn)51-52
• 4.2 多旋翼無人機整機自由模態(tài)分析52-55
• 4.3 多旋翼無人機整機瞬態(tài)響應(yīng)分析55-56
• 4.4 實驗方案及實驗結(jié)果分析56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 第5章 多旋翼無人機起落架連接件的優(yōu)化60-70
• 5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型60-63
• 5.1.1 設(shè)計變量60-62
• 5.1.2 約束條件62
• 5.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型62-63
• 5.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的類型63-65
• 5.2.1 拓撲優(yōu)化設(shè)計63-65
• 5.2.2 形狀優(yōu)化設(shè)計65
• 5.2.3 尺寸優(yōu)化設(shè)計65
• 5.3 多旋翼無人機起落架連接件的拓撲優(yōu)化65-69
• 5.3.1 拓撲優(yōu)化模型的建立66
• 5.3.2 無人機降落時起落架連接件的拓撲優(yōu)化結(jié)果66-68
• 5.3.3 零件強度驗證68-69
• 5.3.4 拓撲優(yōu)化前后模態(tài)頻率對比69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 本文研究工作總結(jié)70-71
• 6.2 研究展望71-72
• 參考文獻72-77
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況77-78
• 指導(dǎo)教師及作者簡介78-79
• 致謝79

【參考文獻】

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本文編號：723926