基于传力路径的飞机加强框结构优化方法研究

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1、第2卷第2期2011年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTlCAI。SCIENCEANDENGlNEERlNGV01．2No．2May2011文章编号：1674—8190(2011)02—199—06基于传力路径的飞机加强框结构优化方法研究陈磊1’2，金海波1(I．南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京210016)(2．中国燃气涡轮研究院，成都610500)摘要：在飞机结构设计中，主传力构件的轻量化设计十分关键。通过引入结构承载因子，对加强框结构的传力路径进行量化，得到加强框结构最佳的传力路径。相对于传统的结构尺寸优化设计方法，提出的基于承载因子

2、的传力路径优化方法仅需要考虑结构外形和载荷对结构承载的影响，不必考虑结构细节尺寸大小，因此，该方法具有高度的概括性和综合性。同时，通过求出的结构最小承载因子，再结合结构设计中人为确定的许用应力，即可估算出结构的最小质量，这对传统优化方法所得结果具有较大的指向作用。关键词：传力路径；承载因子；Michell准则；布局优化；加强框；变分法中图分类号：V214；0342文献标识码：AResearchonStructuralOptimizationMethodforAircraftBulkheadBasedonthePathofForceTransferChenLeil¨．JinHaib01

3、(1．KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefense-advancedDesignTechnologyofFlightVehicle，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)(2．ChinaGasTurbineEstablishment，Chengdu610500，China)Abstract：Designonlightweightofmainconnectingcomponentisaverycrucmlfactorinaircraft

4、structuredesign．Thepathofforcetransferofaircraftbulkheadisstudied，theconceptofstructuralload-carryingfactorisintroduced，anditspathofforcetransferisquantifiedtogetthebestpathofforcetransfer．Comparedwiththetraditionalstructuralsizeoptimizationdesignmethod，theproposedoptimizationmethodonlyneedstOc

5、onsiderthestructuralshapeandload，withoutthinkingthesizeofstructuraldetails，therefore，thismethodisofhighgeneralityandcomprehensibility．Meanwhile，throughtheminimumload-carryingfactorandallowablestress，theminimumweightofthestructurecanbequicklyestimated．Themethodproposedinthispaperhasofferedaguide

6、linetotheresultsoftraditionaloptimizationmethod．Keywords：pathofforcetransfer；load-carryingfactor；Michellcriterion；layoutoptimization；bulkhead；varia—tioncalculusme．thod0引言在飞机结构设计中，主传力构件的轻量化设计十分关键。机身加强框作为主传力构件，由于受集中载荷较大，结构质量占机身结构比重也较大，在初步设计时，对其结构外形进行优化设计可以有效收穑日期：2011-03—02}修回日期：201I-03—30通信作者：金海波

7、，jinhb@nuaa．edu．cn减轻结构重量。机身加强框可以看作一个封闭曲梁，承受弯矩值的大小和分布对其设计起到关键作用，由于加强框属于静不定结构，通过调节内力的传递方式和路线可以有效地降低框缘条的弯矩值，得到结构的最佳传力路径，从而大大减轻结构质量。目前，邓扬晨等El-Z]对飞机加强框设计进行了深入研究，通过采用拓扑优化技术对框的结构布置进行优化，取得了较好的结果。本文基于承载因子提出一种新的传力路径优化方法，通过构造加强框舭空上程进催第P卷的传力路