基于ansys机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模

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1、2010年6fl沈阳航空工业学院学报Jun．2010第27卷第3期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEn~neefingV01．27NO．3文章编号：1007—1385(2010)03—0011—04基于ANSYS机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模裴颖张卫平邱福生(沈阳航空航天大学航空宇航工程学院，辽宁沈阳110136)摘要：网格划分是进行有限元分析建模的一个重要环节，总结了ANSYS建模中网格划分的主要步骤、方法的优缺点和注意事项；针对机翼翼盒的特殊结构，为实现装配要求，提出芯板和蒙皮相黏结的建模方法；分析了机翼受力的主要特点，对翼盒模型受力进

2、行了合理简化。算例结果表明提出的芯板和蒙皮相黏结的扫掠网格建模方法能正确模拟实际结构连接情况，达到指定装配要求，为成功实现机翼翼盒的拓扑优化设计奠定了基础。关键词：飞行器设计；建模；网格划分；拓扑优化；翼盒；ANSYS中图分类号：V221+．92文献标识码：A飞行器设计水平的高低是反映一个国家科研互生成，也可以通过编写宏命令文件生成。主要实力、创新能力和拥有知识产权多寡的一个重要分为3个步骤。指标之一，而结构的轻量化设计是实现这一重要(1)定义单元属性指标的前提基础。拓扑优化¨方法能帮助寻求(2)设置建立网格所需的参数如何能用最少的材料得到最合理的布局，使飞行(3)生成网格与网格的修正器的

3、质量达到最轻，发挥出最佳的性能。网格划分方法主要有：有限元分析通过采用大量几何形状简单的单(1)自由网格划分元组合来近似描述整体结构，利用单元节点变量这种方法省时省力，但缺点是单元数量通常对单元内部变量进行插值来实现对总体结构的分会很大，计算效率降低。析计算。将结构离散成简单单元的组合，称为有(2)映射网格划分限元网格划分_2J。由于划分的网格形式对计算这种划分方式比较繁琐，需要的时间和精力精度和计算规模产生直接的影响，网格划分是建较多。立有限元模型的一个重要环节。(3)拖拉、扫掠网格划分总结了ANSYS建模中网格划分的主要步骤、这两种方式形成的单元几乎都是六面体单方法的优缺点和注意事项；

4、针对机翼翼盒的特殊元。扫掠方式形成网格是一种非常好的方式，它结构，为实现装配要求，提出芯板和蒙皮相黏结的比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。建模方法；分析了机翼受力的主要特点，对翼盒模(4)过渡网格划分型受力进行了合理简化，为成功实现机翼翼盒的可以根据网格密度把模型划分为多个子区拓扑优化设计奠定了基础。域，实现模型中某些区域网格密度大、某些区域网1网格划分介绍格密度小，并在网格密度悬殊的区域之间建立过渡区域。ANSYS中网格划分可以在GUI模式下交(5)自适应网格划分自动估计网格划分误差，确定网格是否足够收稿日期：2010—05—07细，如果不够，将自动细化网格以减少误差，然后基金项

5、目：航空基金(项目编号：2009ZE54008)；校博士启动基金(项目编号：08YB05)通过一系列的求解过程使得误差低于用户指定的作者简介：裴颖(1981一)，男，河南省周口市人，在读硕士，主要研数值(或直到用户指定的最大求解次数)。究方向：飞行器设计、机翼拓扑优化等，E—mail：peiying1981@s0一hu．corn；邱福生(1977一)，男，江西于都人，博士，副教授，主要研网格划分中的注意事项J：究方向：飞行器设计与制造一体化，CAD／CAPP／CAE／CAM，生产(1)修平的或有很尖内角的面和体经常造成技术准备，产品开发过程建模等，E—mail：~s77815@163．to

6、m。网格划分失败；12沈阳航空工业学院学报第27卷(2)如果指定了急剧变化的过渡单元尺寸可建模方法与芯板不同，不是采用自底向上或自顶能造成单元质量不好；向下的生成方法，而是在已建好芯板几何形状的(3)当使用有中间节点结构的单元对去边建基础上，直接拖拉芯板表面一定的距离生成蒙皮模时，应当保证足够的网格密度以使单元的跨度实体，具体命令为：在一个单元长度上不超过15。的弧；MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>(4)无论何时都要避免从模型中去掉已经划Extrude>Areas>ByXYZOffset。分网格的图元。一般在网格划分完成后，很多情况下模型的各部

7、分之间是不连续的，它们之间必须建立某种2机翼翼盒拓扑优化的网格划分和形式的连接关系，如重合／不重合节点之间的铰连律樽【8接／刚性连接等。这时，可以利用自由度耦合与约建立有限元模型过程中最重要的一点就是对束方程来描述节点问的连接关系。然而在拓扑优原结构进行合理简化，略去次要元件和次要部分，化中，畸形的或者很不规则的网格划分，容易导致着重研究参与总体传力的主要部分和主要元构整体结构单元刚度矩阵奇异，得不到正确的结果。件。在机