某型货机货舱门结构优化设计（三）

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优化三要素：

优化变量：设计区域单元密度。优化约束：约束体积比响应vf小于0.2、拔模约束、对称约束。优化目标：最小化应变能。

优化后旋转作动器支座的材料分布如图10所示。由于旋转作动器支座主要受扭，其材料分布为上宽下窄，与上端输出轴圆筒基本构成盒型结构，与典型受扭结构件特征一致。根据拓扑优化结果对结构进行几何重构，其腹板和筋的厚度与初始设计一致。

图10 拓扑优化旋转作动器支座材料分布

图11是旋转作动器支座初始设计、加强设计、优化设计的结构、应力、变形比较，初始设计的最大应力约为2658MPa，加强设计的最大应力为1092MPa，优化设计后的最大应力为618MPa。初始设计的最大变形为1.249mm，加强设计的最大变形为0.298mm，优化设计的最大变形为0.2034mm。三种设计的质量对比如表2所示，综合考虑重量和强度及刚度的要求，优化设计后的模型在比初始模型略有增重的情况下，获得了更好的强度刚度要求。

图11 旋转作动器支座三种设计的结构、应力、变形对比

表2 三种设计质量对比

3.3.2 舱门部分钣金件尺寸优化

A 选取尺寸优化零件区域

舱门尺寸优化主要选取蒙皮、隔板、框和下部机加接头腹板进行优化，以蒙皮厚度、隔板、框的内外凸缘、框腹板和下部机加接头腹板作为设计变量，优化其厚度值。

B 尺寸优化

设计变量：

蒙皮、内凸缘、腹板、外凸缘、纵隔板、垫板

优化约束：

应力约束、刚度约束、制造工艺约束

优化目标: 重量最轻。

本次优化优化共迭代24步。优化目标的迭代历程曲线如图12所示。从图中可以看出，优化效果比较明显，重量减轻幅度较大，优化空间在优化前的初始重量为75.17Kg，优化后重量为50.68Kg，减重24.49Kg，减重32.57%。

图12 优化目标迭代历程曲线

C 舱门优化后应力变形分析结果 a)舱门优化后应力分析结果 结构调整后舱门应力水平有所上升，蒙皮、框、隔板、垫板的应力包络云图分别如图26、27、28、29所示。优化后蒙皮最大包络应力为129.6MPa，框、下部机加接头腹板最大包络应力为145.9MPa，隔板最大包络应力为59.08MPa，垫板最大包络应力为54.41MPa。

图13 优化后舱门蒙皮应力包络云图

图14 优化后门框应力包络云图

图15 优化后舱门隔板应力包络云图

图16 优化后舱门垫板应力包络云图 b)舱门优化后变形分析结果 优化后舱门门框相对变形相对于优化前略有增加，除55工况C3位置变形为4.66mm外其他工况所有测点变形均小于4mm。优化前后舱门门框变形最大改变量为0.26mm4 总结 某型货机货舱门结构和机构优化设计，通过全机有限元模型分析，找出了初始设计的偏弱部位，并改进了结构薄弱部位，结构改进后应力水平和舱门与门框相对变形明显下降。在此基础上完成了舱门结构两类典型零件的结构优化，货舱门结构优化后应力水平和舱门与门框变形均满足设计要求。最终整个舱门共计减重25.49Kg。 某型货机货舱门结构优化设计过程中形成的技术路线和流程方法，可以为后续舱门优化设计提供经验和规范，有助于提高产品设计水平，缩短产品研发周期。 Structure Optimization Design of Cargo Door Zhu Yan Wang Maosheng Luo Tao Abstract：This paper by using the software HyperWorks established and solved the cargo door and surrounding structure finite element model, understand the current design, the door structure strength, stiffness and weight reduction potential, assessed the current structure design performance and improvement direction. Through optimizing design technology, the door structure was optimized to reduce weight. The improvement scheme is obtained. Keywords: Cargo Door Finite Element Optimization Design

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资料是好，但是simulation能做吗？