1 概述

    以有限元法為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工具已經(jīng)被廣泛而深入地應(yīng)用到各行各業(yè)，在航空航天、汽車、機械等領(lǐng)域取得了大量革命性的成功應(yīng)用。尤其對于航空產(chǎn)品，重量是衡量產(chǎn)品性能一個非常重要的指標(biāo)。為了提高航空器作戰(zhàn)時的機動性與靈活性，提高其負(fù)載能力，如何得到質(zhì)量輕而性能更佳的產(chǎn)品非常值得研究。

    本文首先對某航空產(chǎn)品支架進(jìn)行靜態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上完成了Topology優(yōu)化分析，根據(jù)優(yōu)化分析結(jié)果，應(yīng)用三維建模軟件CATIA對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，最后，對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析。結(jié)果表明，應(yīng)用OptiStruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，不僅能夠極大地降低產(chǎn)品的重量，而且對于改善產(chǎn)品的力學(xué)性能也具有積極的促進(jìn)作用。

2 優(yōu)化前支架靜態(tài)分析

2.1 有限元模型

    支架幾何模型如圖1所示。采用四面體單元Tet4對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，取單元尺寸為4mm。其中，根據(jù)初次分析結(jié)果，對支架上應(yīng)力較大部位進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，取單元尺寸為2mm。整個模型的單元數(shù)為300746，節(jié)點數(shù)為36132，有限元模型如圖2所示。

圖1 幾何模型

圖2 有限元模型

2.2 材料參數(shù)

    支架采用的材料為鋁材，材料的性能參數(shù)如表1所示。

表1 材料參數(shù)

2.3 約束與載荷

    根據(jù)支架實際工作情況，對支架兩端的圓柱孔施加固定約束，限制其三個平動位移為零；支架所受載荷如表2所示。約束與載荷的施加如圖1所示，參考圖1中主坐標(biāo)系。

表2 支架承受的載荷