OptiStruct结构优化技术在航空结构设计中的应用
摘要: “Altair对某航空产品支架进行静态分析，并在此基础上完成拓扑优化分析。根据优化分析结果对原结构进行修改，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。”
“Altair对某航空产品支架进行静态分析，并在此基础上完成拓扑优化分析。根据优化分析结果对原结构进行修改，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。”
解决方案 考虑到支架与其他零件的装配关系，把支架有限元模型分为设计区域与非设计区域两个部分(图2)：即仅对设计区域进行优化设计，使材料在此空间内进行重新分布，从而达到减重及改善力学性能的目的；对于非设计区域，单元形状与数目均不改变，以保证装配的功能性得以实现。为了得到正确的优化结果并方便产品的加工与制造，还添加了最小尺寸与拔模加工工艺约束。 根据优化目标，当所有优化变量部分的单元均保留时，有限元模型的应变能最小。因此，必须对拓扑优化进行约束，以体积比为优化约束。 优化设计使用的方法为密度法。从优化结果来看，原始模型有的部位变薄，有的部位被挖空，而这样的材料分布也最符合应力的流向。
根据拓扑优化结果对支架几何模型进行修改，改进后的模型如图9所示。重新对几何模型进行网格划分，根据初次分析结果，在应力较大部位进行网格细化，有限元模型如图10所示。
应用RADIOSS再次进行求解，优化后支架整体应力分布情况如图11-13所示：
应用OptiStruct进行结构优化时, 优化后的支架应力最大值为15.3MPa， 降低了29.2%；其重量也减少了16.8%，节约了制造成本。优化后的结构应力分布比较均匀，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。 此次优化分析的目的在于减重，仅使用拓扑优化技术使材料在设计空间进行重新分布。若能根据结构的特点，综合OptiStruct其他优化技术如形状优化、尺寸优化等，充分发挥其优化功能，相信结构的力学性能会得到更大的改善。
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