扩张调节片结构拓扑优化分析

结构拓扑优化作为一种典型的结构优化方法,其优化的宗旨是根据给定的约束和载荷等条件,采用整体分析技术和优化算法寻求最优的结构分布状态,该方法已经被广泛应用于船舶工程、航空航天和汽车等工程领域。本文以扩张调节片结构为研究对象,以最小化质量和最小化柔度为目标函数,建立相应的结构拓扑优化模型,考虑尺寸、载荷和约束等多因素的影响,在保证结构刚强度的前提下,实现扩张调节片结构的轻量化设计。为了对比结构拓扑优化前后的效果,采用有限元分析软件对其进行结构强度校核,通过位移和等效应力云图来表征拓扑优化效果,并在拓扑优化模型的基础上,采用点阵填充对扩张调节片结构连接处进行结构强化。结果表明,拓扑优化可以有效减小扩张调节片结构的重量,提高其结构刚强度,减小其内部的最大应力,降低其在高应力下出现疲劳失效的概率。

面内压缩超轻质点阵夹芯板的优化、试验与仿真

为揭示点阵材料在航空航天工程中的应用潜力,对承受面内压缩载荷点阵夹芯板的力学行为进行了研究。基于夹芯板整体欧拉失稳、剪切失稳、格间局部失稳、跨格局部失稳和应力破坏多种理论失效模式,引入面板厚度、厚度方向的点阵层数、点阵杆件长度、截面尺寸、倾斜度、胞元长细比等优化变量,推导了点阵夹芯板的最小质量优化设计方法。同时利用激光选取熔融(SLM)增材制造工艺生产了点阵夹芯板试验件。随后,采用有限元方法对试验结果进行了仿真分析,两者误差在10%以内,证实了数值方法的准确性。最终对初始设计和优化设计方案进行了数值分析,发现优化方案在保持相同承载力的条件下,实现结构减重16.6%,验证了优化设计方法的有效性。同时,试验与仿真的一致性有力地证明了增材制造工艺在点阵夹芯结构制造方面的可行性。