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Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
中央翼一号肋上下搭接尺寸优化
葛建彪 张讯
上海飞机设计研究院结构部 上海 200232
摘要:基于HyperMesh 对某型号飞机中央翼一号肋建立细节模型,并采用过渡网格技术将
细节模型与机翼整体解模型进行连接,考虑若干重要工况下的应力约束,采用 OptiStruct
对一号肋上下搭接区域进行优化设计,得到优化缘条厚度分布,实现了轻量化设计,并且性
能有所提高。
关键词:一号肋 尺寸优化 HyperMesh OptiStruct
1 有限元模型的建立
采用设计区域细化网格与非设计空间网格过渡方法,建立一号肋及其周边结构的有限元
模型。其中,优化空间为上下搭接与外翼以及中央翼的连接缘条。优化区域将通过过渡细化
网格与部分机身以及外翼连接。
图1 一号肋及其周边结构
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1.1 几何模型
一号肋上壁板采用上缘条 “ ”字型材与 “T ”形长桁接头进行对接。蒙皮及长桁底板
与 “ ”字型材上缘板对接,(长桁根部的底板加宽加厚);长桁缘板则通过 “T ”形长桁接
头与一号肋 “ ”字型材下缘板对接,如图2 所示。
图2 外翼上壁板与中央翼上壁板对接方案
一号肋下壁板采用 “T ”型下缘条与对接带板进行对接,如图3 所示。长桁根部缘板及
立板斜削,长桁底板加宽加厚,与蒙皮、带板、“T ”型材一起连接,形成壁板根部对接区。
外翼下壁板的载荷通过 “T ”型材水平缘条与带板传给中央翼下壁板。
图3 外翼下壁板与中央翼下壁板对接方案
1.2 网格划分
将一号肋CATIA 模型导入HyperMesh,提取几何中面,并在中面上进行有限元网格划
分。为减小模型中螺栓连接区域的应力集中,在进行有限元网格划分的时候,在螺栓位置按
照给定螺栓直径建立螺栓孔,并在螺栓孔周围建立 1-2 层Washer 网格进行过渡,以减小应
力集中。网格单元尺寸采用5mm,如图4 所示:
图4 螺栓孔Washer 网格过渡
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采用上述方法建立一号肋及相邻结构的细化网格模型,单元总数约为300,000 个,如
图5 所示。
图5 一号肋及相邻结构的细化网格模型
1.3 过渡网格模型
为了得到一号肋的准确支撑边界和载荷工况,采用嵌入式的建模方法,将一号肋细化
网格模型连接到原有整体模型中。因为细化网格与原有整体模型的网格尺寸差距较大,所以
采用过渡网格划分技术,达到粗细网格之间的均匀过渡。所使用的整体模型包含机翼、中机
身及中央翼,如图6 所示:
图6 整体解模型
将整体模型中原来中央翼的部分网格删除,然后将画好的一号肋细化模型导入到整体
解模型中,对连接部分的网格进行细化过渡,如图7 所示:
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图7 一号肋细化模型与整体解模型过渡
根据模型计算规模挑选若干个最严重工况,采用对称模型进行分析和优化,在机身对
称面施加对称约束。施加约束及载荷的有限元模型如图8 所示:
图8 模型的载荷与约束
2. 一号肋优化设计
采用OptiStruct 结构优化技术,对上、下缘条沿航向和展向的厚度分布进行优化,给出
满足应力强度要求下重量最轻的优
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