在航空产品设计中OptiStruct优化技术的应用

1 概述

    以有限元法为基础的结构优化设计工具已经被广泛而深入地应用到各行各业，在航空航天、汽车、机械等领域取得了大量革命性的成功应用。尤其对于航空产品，重量是衡量产品性能一个非常重要的指标。为了提高航空器作战时的机动性与灵活性，提高其负载能力，如何得到质量轻而性能更佳的产品非常值得研究。

    本文首先对某航空产品支架进行静态分析，在此基础上完成了Topology优化分析，根据优化分析结果，应用三维建模软件CATIA对原结构进行修改，最后，对改进后的结构进行静态分析。结果表明，应用OptiStruct结构优化技术，不仅能够极大地降低产品的重量，而且对于改善产品的力学性能也具有积极的促进作用。

2 优化前支架静态分析

2.1 有限元模型

    支架几何模型如图1所示。采用四面体单元Tet4对几何模型进行网格划分，取单元尺寸为4mm。其中，根据初次分析结果，对支架上应力较大部位进行网格细化，取单元尺寸为2mm。整个模型的单元数为300746，节点数为36132，有限元模型如图2所示。

图1 几何模型

图2 有限元模型

2.2 材料参数

    支架采用的材料为铝材，材料的性能参数如表1所示。

表1 材料参数

2.3 约束与载荷

    根据支架实际工作情况，对支架两端的圆柱孔施加固定约束，限制其三个平动位移为零；支架所受载荷如表2所示。约束与载荷的施加如图1所示，参考图1中主坐标系。

表2 支架承受的载荷