基于HyperWorks的典型接头优化设计.doc

基于HyperWorks的典型接头优化设计-科技创新论文基于HyperWorks的典型接头优化设计吴昊（中国商飞上海飞机设计硏究院,中国上海201210 ）［摘要］民用飞机中接头是典型的支撑结构件,在满足设计耳片有效性的前 提下,接头的腹板,筋条等细节特征要素的位置分布及几何尺寸对接头的性能具 有直接的影响，往往这类细节特征难以在设计初期考虑到位本文通过基于 HyperWorks对典型接头进行优化设计的结果,验证对实际接头设计具有重要 的指导及参考意义关键词接头；拓扑；设计0引言在民用飞机固定后缘结构中,接头是典型常见的受力部件或元件之间的连接 结构常用于与扰流板之间连接在飞机接头设计中接头可以与构件设计成整体 结构件,也可设计成单独的零件与结构件连接在满足设计接头耳片有效性的前 提下,接头的腹板、筋条、缘条、倒角的等细节特征在设计初期难以考虑，但这 些细节特征却对接头的性能有重大的影响所以在接头设计初期基于 HyperWorks在接头设计空间中得到接头的细节特征大致的位置分布及几何尺 寸从而对后期的接头详细设计提供重要指导或参考意义1预期目标在给定的设计空间中获得接头最优的材料分布包括缘条、筋条的位置、走向 和形状,同时确定腹板最佳厚度。

从而满足重量、缘条截面积、腹板厚度、静强 度、总体刚度、尺寸约束、截面刚度、稳定性等要求2优化设计方法接头设计初期为概念设计阶段主要分为三种类型:拓扑优化、形貌优化及自 由尺寸优化接头设计后期则为详细设计阶段主要包括三种类型:尺寸优化、形 状优化及自由形状优化优化设计包含三个要素为,设计变量,目标函数及约束条件通过数学模型 可以表达为：Minimi zr: 心…/ JSubject to：&（刃WO j二 1,…,m（1） l a .x- i二I,…41JI中X二（夂“站…/.）为设计变H ,f（x）为设计目标,g;（x）和h（x）M 为作为设计需要的约束条件U同时优化原理也可基丁能fit公式叫■（2）式中u为形变能量（设计目标）;Wa为对外做工（约束条件）;Fi作用力（设 计变量）；Wi作用工（约束条件L通常而言，设计优化的流程图如图1所示:boundarySystemMraln (Loading)gronelry(C om ponen t)Controller(Op(iniizaiion)^strain (Loading)图1拓扑设计优化流程图3结果对比本文中选取材料的属性及支架设计空间几何尺寸如表1及图2所示:表1接头材料属性密度馬氏模61泊松比l900k“mi20(；Pa037>nm图2接头设计空间几何尺寸接头设计空间的有限元模型如图3所示:图3典型接头的设计空间有限元模型基于对该接头的设计空间设置载荷工况及贴合面的约束,设计目标为重量最小化及在加载情况的最小位置。

载荷工况如表2所示,贴合面约束情况如上图3 所示：表2義荷工况Total load in YMr-axi*Tula! IinmI in Zna-axiH工况120?24.1g工况220?25.9g工况3-20g24.1g工况4-20?-25.9g基于不同的载荷工况,以及不同的约束条件,被优化的接头的形式也有所不 同同时,对于重量的要求不同,接头结构形式也随之改变由于优化不包含工 艺性考虑，一部分优化结果无法实现图4选取了同种工况但约束不同的接头优 化结果图4工况3下不同约束的接头优化结果4结论本文通过上述有限元模型及拓扑计算对典型接头进行了优化设计,验证了通 过采用HyperWorks对典型接头设计的可行性同时表明在不同工况及 HyperWorks软件内的参数的设定下,对设计空间中接头的结构布局有较大的 影响,比如筋条的位置尺寸和腹板厚度等基于HyperWoks的接头优化设计结 果再进行深度迭代计算优化可对后期接头的详细设计具有重要指导及参考作用参考文献[ 1 ] NimaB.etal..ANewApproachforSizing,ShapeandTopologyOptimization.SA EInternationalCongressandExpositionTechnicalpaper,1996[Z].[ 2 ] Richard.GPRHornMountingConfiguration[Diagram]In:Richard,GroundPe netratingRadarBracketRequirements,Europe:EADS,2010[Z],[责任编辑：汤静]。