[实用新型]一种单孔拓扑优化板筋框

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械领域，特别提供一种单孔拓扑优化板筋框。

背景技术

板筋结构在现代飞机上有着广泛的应用，无论是机身的主承力加强框，还是翼面的大梁或者加强翼肋，均是比较典型的板筋结构。传统的板筋框结构重量重，刚度小，应力水平高，疲劳寿命低。

本实用新型提供一种单孔拓扑优化板筋框，采用基于敏度阈值的拓扑优化方法来确定结构的主传力路径，并将筋条布置在所求出的主传力路径上；然后，以板和杆单元来模拟板筋结构，并建立相应的有限元分析模型；最后，以板的厚度和筋条的剖面积为设计变量，进行满应力设计来获得最终的优化方案，多种算例的数值仿真结果显示：运用本文方法与传统的基于工程经验的方法相比，在结构等刚度的条件下，前者的设计方案能够减轻结构重量达到5％～20％。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足之处，特别提供一种单孔拓扑优化板筋框。

本实用新型提供了一种单孔拓扑优化板筋框，其特征在于：包含有内外缘条及腹板1、筋条2、筋条3、筋条4、筋条5；其中筋条2、筋条3、筋条4、筋条5两端分别与内外缘条及腹板1连接。

所述单孔拓扑优化板筋框，筋条2位置与板筋框1上表面垂直，并与内外缘条及腹板1上表面中央位置连接；筋条3的方向通过内外缘条及腹板1的内圆圆心，并与水平线保持40～50度夹角；筋条4与水平线保持0～10度夹角；筋条5与水平线保持20～45度夹角；筋条2、筋条3、筋条4、筋条5与内外缘条及腹板1内壁相交于一点。

所述单孔拓扑优化板筋框，板筋框为上下对称结构。

首先将图3的弯剪组合加载的单孔加强框，按照拓扑优化流程进行迭代得出对应的筋条材料最合理分布，具体过程为基于拓扑优化的有限元建模->结构分析(ANSYS)->基于敏度阈值的优化准则->主传力路经；之后确定筋条位置。常规框和优化框的性能对比如下：

表1 两种结构形式的单孔板筋框的结构响应对比

 

名称最大位移/mm     最大杆应力/Kg/mm²   最大板应力/Kg/mm²   结构FE重量/Kg       常规框0.512627.50138.3250.8306优化框0.511012.80921.9950.7912

本实用新型的优点：在结构等刚度的条件下，本设计方案能够减轻结构重量达到5％～20％。

附图说明

图1为单孔拓扑优化板筋框示意图；

图2为普通板筋框示意图；

图3为弯剪组合加载的单孔加强框。

具体实施方式

实施例1