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基于solidThinking Inspire的发动机后吊钩CAE技术

2015/6/23        作者:于全庆  石勇  廖善权      
关键字:CAE  solidThinking Inspire  仿真技术  
本文借助CAE软件——solidThinking Inspire,对发动机后吊钩进行了拓扑优化设计。与传统设计方法对比表明,采用软件优化的结构在关键区域的最大位移减少了74%。

1 概述

    发动机后吊钩主要用于发动机吊装过程中,是一个非标准件。常见的吊钩结构为:底部有与缸盖螺栓连接的螺栓孔,顶部有与链条钩头相连的吊耳,中间有固定其他附件支架的安装孔。吊钩在工作过程中,既要满足强度要求,不能发生破坏,同时也要满足刚度要求,不能发生大变形,否则固定在吊钩上的其他零件就可能产生实效风险。

    对发动机后吊钩的设计,通常采用借用已经投产机型的零件,并根据现有机型的空间布置和零件受力情况进行适当改进的方法。这种传统的设计方法受到设计者经验的限制,一般情况下会盲目的增大零件尺寸,改进后的结构往往并不是最优设计方案。

    本文以JMC某发动机后吊钩为例,则借助于CAE软件——solidThinking Inspire,通过建立拓扑优化基本模型、定义优化空间、施加边界条件和载荷条件、选择合适的控制目标进行拓扑优化,软件优化出的结构往往并不是最终结构,只提供概念设计思路,还需要考虑结构形状,加工工艺等因素进行合适的CAD后处理。这种方法不受设计经验的限制,能够在不知道结构拓扑形状的前提下,根据已知边界条件和载荷条件确定比较合理的结构形式,CAD后处理时可以短时间内做出多种方案,进而选择出最优方案。

    本文最后还把通过软件优化出的结果与传统设计方法设计结果进行了对比分析。

2 发动机后吊钩的优化设计

2.1定义设计空间及非设计空间

    根据实际机型发动机空间布置,建立用于拓扑优化的基本模型(如图1所示)。

 图1 定义设计空间与非设计空间

图1 定义设计空间与非设计空间

    模型中灰色部位定义为非设计空间,在优化过程中不发生改变;棕色部位定义为设计空间,通过优化计算,挖掉设计空间中多余部分,所剩部分所构成的形状则被认为是拓扑优化的结果。右键点击设计空间对其赋予材料属性,由于是概念设计阶段,solidThinking Inspire软件材料库中只有简单几种典型材料可供选择,我们选择软件默认的的Steel(AISI 304)。

2.2添加边界条件和载荷条件

    考虑到工程实际应用,我们还要对已经赋予了材料属性的模型添加真实的边界条件和载荷条件,这样solidThinking Inspire优化出来的结构才能满足实际工作需要。

    如图2所示,根据实际工况在后吊钩底部两个螺栓孔处添加支撑约束,在吊耳处添加(X,Y,Z)三个方向的载荷约束(-474N,357N,950N)。

 图2 后吊钩的支撑约束和载荷约束

图2 后吊钩的支撑约束和载荷约束

责任编辑:吴星星
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