拓扑优化机载控制台的整机随机振动分析与试验

机载控制台是飞机电子设备的重要组成部分,随机振动是使其结构失效的主要因素。基于ANSYS Workbench软件平台对某机载控制台所处的实际工作环境进行随机振动模拟分析,分别获得了传统设计、拓扑优化设计下控制台整机方向的位移、等效应力云图;对拓扑优化控制台进行随机振动可靠性试验,获得了某特征点的随机振动加速度响应曲线。模拟分析和实际可靠性测试结果表明:拓扑优化控制台结构刚度大、动态性能好,满足强度要求,结构设计合理、可靠;所建立的有限元分析模型是合理的,所获得的仿真结果是可信的。这为机载设备的设计提供理论参考。

基于宽容分层序列法的机载控制台拓扑优化设计

基于拓扑优化的宽容分层序列法理论,在Hyper Work软件平台对机载控制台下台体进行概念设计阶段的拓扑优化。以下台体刚度最大为优化目标,以单元密度为设计变量,体积分数为约束条件进行拓扑优化获得初步结果,然后增加设计宽容值重新建立拓扑优化设计空间,并以下台体第1阶频率为优化目标,以体积分数和频率响应位移作为约束条件进行第2次拓扑优化。经过多目标拓扑优化所得模型,材料密度分布均匀,拓扑结构清晰。局部调整拓扑优化布局结果并采用参数化建模技术获得控制台台架的概念设计模型,为后续机载控制台的结构灵敏度分析提供依据。

基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

机载控制台杆件较多,结构复杂,尺寸优化过程中设计变量较多,在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象;以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量;以质量为约束条件;以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数;结构第一、第二阶模态频率作为约束条件;选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明,尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高,质量稍有减少,具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。