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拓扑优化技术在飞机发动机吊挂结构设计中的应用
长期以来，飞机结构设计依靠传统设计经验以及各种试验数据的累积，研制周期长、成本高， 无法满足客户对研制周期及成本控制的要求。为了降低研制成本，节约宝贵的设计周期，只能通过 减少设计迭代次数来实现，而结构优化技术为实现这种理想设计提供了可能。据国外资料报道，空 客公司空客 A350 飞机后机身整体结构初始设计中采用先进拓扑优化技术，获得了鲜明的主要传载 结构，考虑所有工况得到新的设计，结构应力均匀，减重 15-20%[1]。
3.2 拓扑优化结果分析
对 3 种载荷工况分别进行拓扑优化，得到的三种拓扑优化结果见图 4 至图 6。
图4 垂向载荷工况下拓扑优化结果
图5 侧向载荷工况下的拓扑优化结果
图6 航向载荷工况下拓扑优化结果
根据图 4 至图 6 可以看出，侧向载荷工况下的拓扑优化结果与其他工况下拓扑优化结果差别较 大，这是由于该载荷工况主要以扭矩和侧向力为主，扭矩由吊挂主接头平衡，侧向力由侧向接头平 衡，吊挂前撑杆、后撑杆承受沿杆方向的载荷，无法承受扭矩及侧向力。其余载荷工况下吊挂结构 的拓扑优化结果比较相似，吊挂前撑杆变成一根二力杆，吊挂后撑杆变成两根二力杆在吊挂后接头 处合并成一个交点，吊挂盒段变成一种桁架式结构。
对 3 种载荷工况进行拓扑优化，目标函数取 3 种工况的加权应变能，优化结果见图 7。从图 7
可以看出，该结果综合了多种工况的传力特点，拥有多条传力路径。
图7 复合工况下拓扑优化结果 该模型一共经历了 40 步优化迭代，目标函数迭代曲线如图 8 所示。
图8 吊挂结构拓扑优化目标函数迭代过程
5 结论
本文利用 HyperMesh 对飞机发动机吊挂结构进行了结构前处理，利用 OptiStruct 进行了拓扑优 化。综合多种载荷工况得到的拓扑优化结果清晰地反映出结构受载特点和主传力路径。拓扑优化得 到的整体结构与传统组合结构相比，结构受载更均匀，减重效果明显，随着“3D 打印”等先进整体件 制造技术的发展，未来飞机结构中采用拓扑优化得到的整体结构应用将越来越多。
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