導(dǎo)語：優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在民機(jī)中地位一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1尺寸優(yōu)化與形狀優(yōu)化

根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果，在支架傳力路徑上增加加強(qiáng)筋條，筋條高度為8mm；同時(shí)由于立筋的增加，為了更準(zhǔn)確模擬鉸鏈接頭與耳片之間、耳片與加強(qiáng)筋條之間的傳力，將耳片與接頭設(shè)計(jì)為如圖5所示；簡化了梁與支架的連接，在原來支架與梁的連接處用固支約束模擬緊固件連接。在這次優(yōu)化中，以筋條處的典型剖面為例，筋條的高度和厚度以及筋條兩邊的腹板的寬度和厚度都是設(shè)計(jì)變量。由于本模型中含5個(gè)十字形筋條，另有2個(gè)類似筋條，變量的數(shù)量很多，各個(gè)變量之間存在著復(fù)雜的影響關(guān)系，最終的優(yōu)化結(jié)果對(duì)參數(shù)的變化十分敏感。

2結(jié)構(gòu)驗(yàn)證與對(duì)比分析

經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化，我們最終得到了較為理想的設(shè)計(jì)方案。將上述支架的優(yōu)化結(jié)果返回到CATIA模型中，并經(jīng)過相應(yīng)簡化后。為了驗(yàn)證該優(yōu)化方案的可靠性，特對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算，將此三維數(shù)模建立有限元模型，按極限工況計(jì)算其變形及應(yīng)力分布，將其計(jì)算結(jié)果與之相比較可知：零件在兩個(gè)工況下的位移和應(yīng)力分布情況與殼模型計(jì)算的結(jié)果較為接近，并且滿足零件的初始設(shè)計(jì)約束。同時(shí)，在實(shí)際零件設(shè)計(jì)中，對(duì)殼模型計(jì)算中的應(yīng)力集中點(diǎn)菜用大圓角過度設(shè)計(jì)，零件的最大應(yīng)力水平有顯著降低。

3優(yōu)化結(jié)果分析

在未引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法之前，該零件的筋條布置往往參考相關(guān)機(jī)型同類型零件的設(shè)計(jì)或依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。為兩個(gè)零件為以傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)的未經(jīng)優(yōu)化的零件。通過拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化，在不改變零件材料且不犧牲自身彎曲剛度的前提下，實(shí)現(xiàn)了該零件的輕量化設(shè)計(jì)。在工況13個(gè)支架零件的應(yīng)力和變形云圖（左側(cè)為應(yīng)力云圖，右側(cè)為變形云圖）。在工況1，3個(gè)零件的最大變形量基本一致并且最大應(yīng)力接近，但是優(yōu)化后零件相比零件A質(zhì)量減輕15.5%，相比零件B質(zhì)量減輕21.3%。如果考慮在支架腹板上增加液壓及電纜通道的情況下，零件A和零件B需要在腹板處開孔，這兩個(gè)零件的剛度還將進(jìn)一步減弱。

4結(jié)束語

通過使用HyperWorks的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，在給定的邊界條件下通過拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)尋找出在優(yōu)化空間內(nèi)的最佳材料布局，使懸掛支架在保持剛度的情況下，最終質(zhì)量（相對(duì)零件A）由2.066kg減輕到1.745kg，最大應(yīng)力由286.6MPa減小到268.1MPa，實(shí)現(xiàn)了零件結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。將平尾后緣艙其余的懸掛支架以及普通肋進(jìn)行類似的優(yōu)化設(shè)計(jì)后共能減輕大約2~2.3kg質(zhì)量。在初步設(shè)計(jì)階段，懸掛支架及普通肋總重為10.7kg，即通過零件優(yōu)化設(shè)計(jì)，能使其質(zhì)量減輕約15.7%~17.7%。通過在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)優(yōu)化軟件的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于零件設(shè)計(jì)而言，工況載荷輸入及邊界條件的設(shè)定對(duì)于整個(gè)優(yōu)化流程相當(dāng)重要。這些初始輸入的簡單變化也將導(dǎo)致拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果發(fā)生變化，進(jìn)而使尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。同時(shí)，在尺寸和形狀優(yōu)化過程中，設(shè)計(jì)變量的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響也非常明顯，合理地選取這些參數(shù)能有效減少計(jì)算時(shí)間并且能取得較好的結(jié)果。由上述可知，平尾后緣艙懸掛支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證了HyperWorks軟件的optistruct模塊在高精度制造產(chǎn)品的成功應(yīng)用，說明了該優(yōu)化分析技術(shù)在航空制造產(chǎn)品行業(yè)中是非常優(yōu)秀的，打破了設(shè)計(jì)工程師憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的歷史，為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和有效技術(shù)支持。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，optistruct模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)概念將會(huì)被越來越多的工程技術(shù)人員所接受并有效運(yùn)用，屆時(shí)它將真正成為航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的左膀右臂。

作者：杜發(fā)喜單位：成都飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司