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摘要
微桁架材料具有承载能力强、轻量化程度高、可设计空间大等特点,是航空结构设计应用中极具潜力的一类新型材料。在典型结构件中填充微桁架材料是实现轻量化的重要途径,而强大的拓扑优化技术提供轻量化设计思路。以典型航空框梁结构为研究对象,提出含微桁架填充的结构拓扑优化设计方法。首先对原有设计方案进行性能评估,获得进一步拓扑优化的性能约束指标;其次,利用拓扑优化技术,在保持性能不变的条件下,在可能的设计空间内进行重新设计,获得初步的轻量化设计方案;最后,以轻量化设计方案为设计域,通过二次拓扑优化确定微桁架结构的填充位置,获得微桁架填充方案。最终的含微桁架填充的框梁结构设计方案,与初步的轻量化设计方案相比,结构质量降低8.6%;与原有方案相比,结构质量降低17.6%。该算例证明本优化设计方法的有效性,同时也证明在结构件中引入微桁架材料能够大幅度提高其轻量化程度。
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单位航空材料检测与评价北京市重点实验室
