基于拓扑与尺寸优化的某型飞机起落架扭力臂轻量化设计

石磊 常啸

关键词：扭力臂;轻量化;拓扑优化;遗传算法;尺寸优化

0引言

近年来，随着国产大飞机不断发展，飞机性能以及结构利用率成为科研工作者研究的热点。

扭力臂结构对于飞机起落架的稳定性影响较大，当起落架需要转向的时候，可以通过扭力臂把扭力传到轮胎上，达到控制飞机行走方向的目的，现阶段，对扭力臂开展优化以及对扭力臂设计与制造开展的相关工作主要集中在改良制造工艺，而真正针对扭力臂优化设计的工作却很少，存在的也只是局限于做一些参数优化。

本文以扭力臂结构为研究对象，利用SolidWorks软件完成扭力臂组件的三维建模，基于ANSYSWorkbench对扭力臂进行应力应变分析，利用拓扑优化方法获得材料最优分布，最终通过Matlab遗传算法获得拓扑优化后的新结构的最优尺寸。流程如图1所示。

1拓扑优化设计模型

拓扑优化作为结构设计的一种重要技术手段，从根本上获得创新的结构形式。在对结构拓扑优化时，过程中应该考虑应力约束、位移约束和最小构件尺寸约束的综合优化问题，可以描述为：

2扭力臂结构优化

2.1扭力臂结构强度分析

起落架扭力臂主要受扭矩作用，飞机起转状态下扭力臂受扭矩最大，可设计区域较大。扭力臂所用材料为30Crmnsini2a，弹性模量2.11×10Pa，密度为7 850 kg/m，泊松比0.3，材料屈服强度835 MPa，安全系数n取2.5。导人扭力臂的三维模型，在ANSYS Workbench中对扭力臂采用四面体实体单元进行模拟。本文中通过在内筒轴线处设置参考点，通过下扭力臂轴孔处加载48500N·m的绕。……