行業(yè)：航空航天

    挑戰(zhàn)：如何應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)快速實現(xiàn)最有設(shè)方案實現(xiàn)減重？

    Altair 解決方案：采用solidThinking Inspire軟件中對過度接頭在給定體積和應(yīng)力約束條件下以總剛度最大化為目標(biāo)進(jìn)行了輕量化設(shè)計

    優(yōu)點：得到的詳細(xì)初步設(shè)計結(jié)構(gòu)比原方案設(shè)計結(jié)構(gòu)減重達(dá)50%，且新結(jié)構(gòu)傳力路線更加清晰，受力情況也有很大的改善，材料利用率明顯提高

    背景介紹 

    在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，方案設(shè)計階段是根據(jù)設(shè)計要求形成粗略的基本概念，并草擬一個或多個能滿足設(shè)計要求的初步方案，這個階段雖然耗錢、耗時不多，但非常重要，具有全局性的中大影響，有時設(shè)計不好會發(fā)生大的顛覆，嚴(yán)重影響飛機的正常研制周期，尤其對于飛機結(jié)構(gòu)起過渡作用的關(guān)鍵部件。在傳統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計師主要依靠經(jīng)驗知識來設(shè)計零部件的基本結(jié)構(gòu)形式。而面對復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)形式完全未知的情況下，傳統(tǒng)設(shè)計方法需要多次迭代設(shè)計才能得到滿足設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)，但卻不能保證結(jié)構(gòu)形式的最優(yōu)化和結(jié)構(gòu)重量的最小化。隨著計算機和數(shù)字化等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)得到迅猛發(fā)展，而且被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計中。   

    挑戰(zhàn) 

    拓?fù)鋬?yōu)化相對于尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，具有更多的設(shè)計自由度，能夠獲得更大的設(shè)計空間，是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段獲得最優(yōu)方案的最佳途徑。因此，我們面臨的挑戰(zhàn)是如何應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計方案，實現(xiàn)減重提升產(chǎn)品品質(zhì)？   

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    solidThinking Inspire軟件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化計算操作簡單、效率高。新的模型有清晰的傳力路徑，其每個元素都可進(jìn)行局部的尺寸設(shè)計，為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計階段尺寸優(yōu)化奠定很好基礎(chǔ)。

                                                                                                                              范林                                                                                                              

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    解決方案

    基于 solidThinking Inspire 平臺對結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，先要在 solidThinking  Inspire 或 CATIA 等其他三維軟件內(nèi)建立三維模型。并在 solidThinking Inspire 內(nèi)依據(jù) 實際工況施加力、位移等約束，定義優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)、約束函數(shù)，以及定義優(yōu)化參數(shù)， 最后提交求解。通過有限元計算分析，發(fā)現(xiàn)初步過渡接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計嚴(yán)重工況裕度較大，需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計減重。   

                                           初步設(shè)計模型和有限元分析結(jié)果

選用 solidThinking Inspire 軟件進(jìn)行過渡結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，優(yōu)化模型和優(yōu)化結(jié)果如圖所示。拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果較為理想，5h 內(nèi)完成了 8 個工 況積分?jǐn)?shù)分別為、5%、20%、30%的各種情況優(yōu)化計算。solidThinking Inspire 軟件進(jìn)行 拓?fù)鋬?yōu)化計算操作簡單、效率較高。

                                                      拓?fù)鋬?yōu)化模型及結(jié)果

對拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行簡單的分析后在CAD 內(nèi)進(jìn)行模型的初 步詳細(xì)設(shè)計。新的模型有清晰的傳力路徑，其每個元素都可進(jìn)行局部的尺寸 設(shè)計，為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計階段尺寸優(yōu)化奠定很好基礎(chǔ)。

                                              過渡接頭結(jié)構(gòu)初步詳細(xì)設(shè)計模型

    結(jié)論 

    本文將基于拓?fù)鋬?yōu)化的輔助設(shè)計方法應(yīng)用到某型飛機的過渡接頭優(yōu)化設(shè)計中，利用 solidThinking Inspire 軟件平臺進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，solidThinking  Inspire 軟件中得到的新型過渡接頭結(jié)構(gòu)較初步設(shè)計方案減重達(dá) 50%，且該結(jié)果為詳細(xì)設(shè)計階段尺寸優(yōu)化奠定結(jié)實基礎(chǔ)。本文說明了基于拓?fù)鋬?yōu)化的輔助設(shè)計方法在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用價值和前景，特別是設(shè)計工程實際中遇到的新型未知結(jié)構(gòu)時，本文方法具有巨大的優(yōu)勢。但需要注意的是，當(dāng)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果抽象出幾何實體時，對設(shè)計人員的工程經(jīng)驗要求 很高。    

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