航空部件轻量化设计：拓扑优化技术的应用

“一代材料，一代飞机。” 面对更高的燃油效率压力，航空轻量化材料和技术一直是航空制造商们关心的话题，轻金属更替及复合材料研发及应用也日渐成熟。高性能航空航天结构材料对于降低结构重量和提高飞行器的结构效率、服役可靠性及延长寿命发挥着尤为重要的作用。今天我们针对航空工业中的某一零部件基于拓扑优化设做了它的轻量化设计。

一、概念设计思路

二、详细设计思路

1、优化区域

其中黄色的部分为优化设计区域，绿的的部分为贴近实际的受载情况建立的底部工装。

2、静力分析

给加载力结构一个向下为10N/mm3的压力，底盘底部固定约束，对结构进行静力分析，得到结构的位移及应力云图，如下所示。最大位移为0.5156mm和31.35MPa。

3、拓扑优化

4、模型重建

三、静力校核

为得出最优结构形式，分别将两种结构形式在HyperWorks中进行静力分析，为更加贴近真实受载工况，分别建立加载结构和底部工装，并施加接触约束。

下图为两种结构的应力分布图，载荷为1500N。

由应力图可以看出：八腿结构的应力较小，且应力分布比较均匀，可使结构均匀受力，材料利用率最大化。

下图为两种结构的位移图，载荷为1500N。

由应力图可知：四脚结构与八脚结构位移相差不大，均未超过材料的延伸率范围。

综上：选取八脚结构为最终结构，接下来进行详细改进设计。

分别将两种结构形式3D打印，对两种模型进行实际加载分析。

由实验结果可知：八脚结构实际承载能力优于四脚结构。

综上：选取八脚结构为最终结构，接下来进行详细改进设计，以建立最优结构模型。

四、最优模型

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删