在航空产品设计中OptiStruct优化技术的应用

    根据Topology优化结果，结合三维建模软件CATIA对支架几何模型进行修改，改进后的模型如图9所示。

图9 几何模型

4.1 有限元模型

    采用点四面体单元Tet4对几何模型进行网格划分，平均单元尺寸为4mm。根据初次分析结果，对应力较大部位进行网格细化，单元尺寸为2mm。整个模型的单元数为221691，节点数为21405。有限元模型如图10所示。

图10 有限元模型

    其余诸如材料属性、约束与载荷等参数设置均与原始模型此工作状态下相同，因为模型发生改变，仍把约束与载荷施加部位标示出来，如图9所示。

4.2 计算结果

    应用RADIOSS进行求解，优化后支架整体应力分布情况如图11所示，支架上最大应力为15.3MPa，如图11中红色圆圈所示，图12是其局部应力放大云图；支架上最大变形为0.007mm，发生部位如图13所示。

图11 整体应力云图

图12 局部应力云图

图13 变形云图

5 结论

    1优化后的支架其最大变形为0.007mm，虽较优化前增大，但仍能满足材料的刚度设计要求；其应力最大值由原来的21.6MPa降低为15.3MPa，降低了约29.2%；其重量也由原来的3.46Kg减少到2.88Kg，降低了约16.8%，节约了制造成本，增强了作战的机动性，这对于航空产品来说，意义十分重大。

    2优化前的结构有的部位应力很大，有的部位应力却很小，应力分布不均；优化后的结构应力分布比较均匀，这说明，优化后的结构其材料分布与结构中应力流的走向吻合较好，材料得到了充分的利用。