科研之友
微信
新浪微博
Facebook
分享链接
摘要
“破损-安全”（fail-safe）设计通过冗余载荷路径设计提升结构的损伤容限（残余承载能力），是保障飞行器结构安全性的重要设计环节；然而，冗余结构形式不可避免地导致重量增加、效率降低，严重制约飞行器结构性能的进一步提升。本文基于双向渐进结构优化法（Bi-directional Evolutionary Structural Optimization），提出了一种“破损-安全”结构轻量化设计方法。具体地，设计方法采用“0/1”离散拓扑变量，以结构重量（材料用量）最小化作为优化目标，同时对局部破损结构的承载形变进行约束（低于安全阈值）。针对渐进结构优化法难处理多设计约束的瓶颈，采用p范数法对局部破损结构的最大承载形变进行凝聚，并通过拉格朗日乘子将其耦合至优化目标函数，实现结构轻量化与“破损-安全”的同步设计。进一步地，并依据最大残余承载形变对局部区域破损之于“破损-安全”的影响程度进行判定，通过免除低影响局部破损区域的残余承载形变分析与约束，大幅度地提升了优化设计效率。通过系列基准测试算例，验证了本文“破损-安全”设计方法的有效性及高效性。
-
单位华中科技大学; 中国工程物理研究院总体工程研究所; 华中光电技术研究所; 数字制造装备与技术国家重点实验室
