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飛機控制面結構優化設計

1. 設計對象

1.1 模型描述

設計對象為飛機控制面結構，結構如下圖1所示，模型長1220mm,寬426-470mm，有6個接頭與其他部件連接；結構蒙皮上側為不可設計域（圖1中黃色區域所示），以保持結構外形完整性；結構接頭為不可設計域（圖1中紫色區域所示），以確保裝配要求。結構其余部位為可設計區域（圖1中綠部分）。

 

圖1飛機氣動控制面結構

1.2 邊界條件

在6個接頭孔的內表面施加約束，接頭位置如圖1所示。1接頭約束X、Y方向位移，2接頭約束X、Y、Z方向位移，3接頭約束X、Z方向位移，4接頭約束X、Z方向位移，5接頭約束X、Z方向位移，6接頭約束X方向位移。

結構在蒙皮上側施加20000Pa的均布載荷，施加面如圖1中黃色部分所示，方向垂直于表面向下。

1.3 材料描述

蒙皮材料為鋁合金，其余材料為鈦合金，具體采用的材料參數如下表1-2所示。

表1  鈦合金性能

密度 4500 Kg/m3

抗拉強度 900 MPa

壓縮強度 880 MPa

彈性模量 108 GPa

泊松比 0.33

表2  鋁合金性能

密度 2760 Kg/m3

抗拉強度 450 MPa

壓縮強度 270 MPa

彈性模量 68 GPa

泊松比 0.33

2. 網格劃分

分析采用Hypermesh-OptiStruct進行，網格模型如下圖2所示，采用3D網格劃分，網格模型雅各比系數大于0.41。

 

圖2網格模型

位移邊界條件借助1D單元進行約束，細節如圖2放大區域所示，載荷邊界條件如下圖所示，在蒙皮上表面施加壓力載荷。

圖3載荷邊界條件

3. 優化分析

在topology中選擇主體結構并創建‘design’設計區，在parameters中添加壓力條件，在response中創建Mass和Sress響應，在dconstraints中添加壓力上下限，設置目標為Mass最小，結果密度圖如下圖4所示，載荷圖如下圖5所示。

 

圖4密度分布圖

 

圖5密度分布圖

在等值面中創建拓撲優化模型如下所示