飞机起落架扭力臂拓扑优化设计和分析

孙雪东，韩梦威

（沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110136）

0 引言

飞机在服役过程中自身重量对于飞行时间与耗油量有很大影响，减少飞机重量，即可降低飞行成本，也能减少二氧化碳排放[1]。飞机起落架扭力臂的自重已成为目前飞机领域中的研究热点[2]。通过采用拓扑优化与尺寸优化设计，可以提高材料利用效率。例如，陈淑芳[3]在CATIA软件中建立起落架扭力臂模型，然后通过仿真分析对扭力臂进行结构优化。王琨等利用有限元方法建立了缓冲支柱与上下扭力臂的三维模型，对扭力臂进行了尺寸优化。LIUJie[4]等使用拓扑优化技术，对传统的飞机扰流器进行了优化。李亮[5]通过ANSYS软件的参数化设计语言APDL进行混合建模，采用有限元模型对扭力臂进行理论分析。本文采用拓扑优化的方法对扭力臂结构进行优化设计。在满足强度与刚度的条件下，对扭力臂进行结构设计，得出优化模型并与原模型进行对比分析。

1 扭力臂结构设计

在活塞杆和外简之间增加了防扭转部件，即扭力臂部件。地面冲击载荷一部分通过缓冲系统传递给机身，扭矩则通过上下扭力臂消耗一部分，所以扭力臂能起到减震效果。本设计中的扭力臂结构尺寸主要来自相关的统计数据[6]。

2 拓扑优化有限元模型

2.1 有限元模型和网格划分

根据零件尺寸及与周边部件的配合要求，建立一个优化设计区域的模型。采用Solidworks进行网格划分，应用四面体网格，网格大小为5mm。在优化过程中手柄锁销以及链接销连接部位均为不可改变的非设计区域，中间部分为设计区域。……