WORKBENCH飞行器关键结构拓扑优化设计.pdf

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1、飞行器关键结构拓扑优化设计王伟达安世亚太高级工程师1©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017目录•飞行器结构拓扑优化需求分析•飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•飞行器结构拓扑优化的最佳实践◦GE安装座拓扑优化分析及验证◦航空轴承支架拓扑优化◦直升机旋翼连接器拓扑◦模块化弹射座椅结构优化2©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017飞行器结构拓扑优化需求分析•降低成本•轻量化需求•增材制造优势逐渐显现•拓扑优化技术日益成熟GE航空新型燃油喷嘴:•重量减

2、轻25%•5倍寿命提升•设计生产效率提高20倍•更低成本3©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017目录•飞行器结构拓扑优化需求分析•飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•飞行器结构拓扑优化的最佳实践◦GE安装座拓扑优化分析及验证◦航空轴承支架拓扑优化◦直升机旋翼连接器拓扑◦舱门铰链臂拓扑优化◦模块化弹射座椅结构优化4©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•连接到静力学或模态•定义优化目标和约束•获取优化后的几何

3、模型•验证优化后的几何模型•SpaceClaim编辑优化后几何模型•SpaceClaim创建尺寸参数化•对优化后模型进行参数优化分析•为3D打印导出优化后几何格式文件5©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•结构分析•响应约束•线性静态结构分析•质量•稳态分析•体积•线性绑定接触•整体(von-Mises)应力•仅二维或三维实体结构分析•局部(von-Mises)应力18.1•反作用力•优化目标•位移•最大刚度•固有频率•单个和多个载荷步•最大固有频

4、率•单个和多个频率•最小质量•最小体积•制造约束•最小元件尺寸•最大元件尺寸•脱模•挤出18.1•周期对称6©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•通过StaticStructuralorModal模块将仿真数据传递到拓扑优化模块上•NOTE:在R18.0，仅StaticStructuralorModal支持拓扑优化•支持低高阶六面体，高阶四面体，具体单元包括：SHELL181、PLANE182、PLANE183、SOLID185、SOLID186

5、、SOLID187；7©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术由于进行数据连接传递，“TopologyOptimization”模块出现在仿真分析树状图下在TopologyOptimization添加默认类型:•AnalysisSettings:多种求解器设置和控制•SolutionSelection:指示上游仿真类型•OptimizationRegion:定义优化区域或排除优化区域(该区域不移除材料)•约束变量:定义拓扑优化时极限质量或体积，最大应力

6、等•目标变量:定义优化目标，例如最小柔度或者最大固有频率可在TopologyOptimization处插入额外的分析功能8©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017目录•飞行器结构拓扑优化需求分析•飞行器结构拓扑优化的解决方案及关键技术•飞行器结构拓扑优化的最佳实践◦GE安装座拓扑优化分析及验证◦航空轴承支架拓扑优化◦直升机旋翼连接器拓扑◦舱门铰链臂拓扑优化◦模块化弹射座椅结构优化9©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017GE安装座拓扑优化分析及验证选择

7、优化区域:•Geometry•可能是整个组装件,部分组装件,或者单个或多个零件•NamedSelection•几何模型或者网格集合10©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017拓扑优化设置•对于StaticStructuralorModal分析的网格设置推荐：•使用四边形网格(保留中间节点)•如果可能，使用网格常数尺寸•分析设置•可以对收敛精度等进行检查或修改设置•系统控制或者默认设置•启动拓扑优化•右击TopologyOptimization下的Solutionobject并且选择“Sol

8、ve”•注意:为了使用到最大数量的物理内核，可以使用SMP和DANSYS方式来进行加速•设置方法：ToolsSolverProcessSettings…Advanced…11©2017ANSYS,Inc.August3,2017ANSYSUGM2017监测优化过程•求解器