用OptiStruct进行舱门支撑臂的设计优化 - 文章

用OptiStruct进行舱门支撑臂的设计优化

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一、概述

利用Optistruct 的拓扑和形状优化技术，Eurocopter
公司为Fairchild Dornier 728 飞机开发了一种具有开拓性
创新意义的支撑臂设计。在整个产品设计流程过程中，
Eurocopter 公司采用结构优化设计技术，使得结构减重效
果达到了20%。

二、客户背景

Eurocopter公司是EADS（欧洲航空防务及航天公司）
下属的全资子公司，EADS 是全球三个最大的航天集团之
一。Eurocopter公司设计开发商用和军用直升机，同时参
与欧洲空中客车(Airbus)所有机型的舱门和整流罩的开发。

三、挑战

由于来自强势客户和业界本身竞争的压力，飞机制造
商们正在积极地寻求方法来提高飞机结构的性能和功效。
为了满足项目工期和复杂的、甚至是苛刻的产品设计目标，
Eurocopter 要求采用分析驱动的设计流程，同时这个设计
流程必须以优化设计为中心。本案例着重讲述这个流程的
一个成功应用——开发一种质量更轻的舱门支撑臂。

图1：带支撑臂的Fairchild Dornier 728 舱门

图2：支撑臂初始设计

四、解决方案

Altair OptiStruct 拓扑优化技术最终被采用到Eurocopter的设计流程中。这项技术使得Eurocopter能够在考虑产品结构性能和设计目标的情况下，开发设计出满足工程要求的产品，从而改变了以往的先设计，校核，再修改这样一个不断反复的开发流程。首先采用OptiStruct 拓扑优化获得初始的舱门控制臂设计方案，优化其在三种工况下的刚度，这三种工况分别是：门关闭时，紧急打开时和气阀撞击时。同时，在优化过程中考虑了铸造拔模方向，以满足制造工艺上的要求。接下来，在满足所有工况条件和最大许用应力水平的情况下，通过形状和尺寸优化方法来优化加强筋的尺寸大小，以达到进一步降低质量的目的。

图3：设计空间模型

五、结果

利用OptiStruct, Eurocopter 公司做到了在没有降低结构刚度的基础上，使得支撑臂减重效果达到了20%。此外，利用新的分析驱动的设计流程，使得一个新的支撑臂从设计到校核这样一开发周期从原来的三个月缩短到现在的三个星期。

图4：优化设计方案

图5:拓扑和形状优化后的最终设计方案

图6:新的设计流程带来的收益

(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/25/2006)


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