飞机轮挡结构优化设计(二)

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发表时间:2016-01-15 20:17来源:第一飞机设计研究院
导语:

本文采用显式非线性方法分析了某飞机轮挡的强度,并建立了线性静态等效模型。基于线性静态等效模型,采用拓扑优化找出结构局部区域在材料分布,重新设计后结构减重0.53kg 。在优化模型的基础上进行尺寸形状联合优化,优化后减重 5.79kg 。最后用显式非线性方法对优化后的结构进行强度校核,优化后结构满足强度性能。采用该方法飞机轮挡共计减重 6.32kg ,减重百分比 45.3% ,减重效果显著。该方法可为同类结构设计借鉴。


链接:飞机轮挡结构优化设计(一)


2).拓扑优化

     挡轮所受载荷在XOZ平面内,现有设计结构中间肋和侧面均平行于XOZ平面,结构的传力路径正确。本次拓扑优化主要对挡轮局部区域进行优化,挡轮圆弧型接触面、底部、侧面开口均很大,基本上没有多余的材料可以去除。后面的开口较小,对其进行拓扑优化研究其开孔
大小对结构强度性能的影响。

优化设计变量如图6所示:


优化约束条件为设计区域体积比小于0.2,优化目标为应变能最小。
优化后设计区域材料分布如图7所示。

    根据拓扑优化结果对现在设计进行重新设计,如图 8 所示。改进设计相比于初始设计减少0.53kg。

3).尺寸、形状联合优化
   将挡块分为 6 块区域作为尺寸设计变量,选择中间肋应力大的区域(中间肋圆角、肋的宽度)作为形状优化形状变量。10 个设计变量详细如图 9 所示。

优化约束条件为最大应力小于275MPa,优化目标为重量最小。
优化后重量减少5.79kg,优化后结构厚度分布云图和中间肋形状分别如图10、11所示。

3、优化后校核

对优化后的结构采用显式非线性分析进行校核,载荷、边界条件与初始分析一致。优化后的结构的应力满足优化约束条件,应力云图如图12所示。


4、结论

在满足飞机轮挡结构刚度、强度等性能要求的前提下,通过结构优化,飞机轮挡结构减重效果明显。拓扑优化飞机轮挡减重0.53kg,尺寸形状优化减重5.79kg,共计6.32kg,减重45.3%。

  
飞机轮挡结构优化相比传统结构优化设计,提高了产品研发效率,缩短产品研发的周期,这种优化方法可为应用于类似产品设计。


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