基于改进变密度法的飞机垂尾拓扑优化设计研究

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1、第30卷第1期2013年2月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．30No．1Feb．2013文章编号：2095—1248(2013)01—0026—04基于改进变密度法的飞机垂尾拓扑优化设计研究邱福生，季武强，徐厚超(沈阳航空航天大学辽宁省数字化工艺仿真与测试技术重点实验室，沈阳110136)摘要：研究引入约束因子的改进变密度法的飞机垂尾布局优化设计问题。用MATLAB编写的带约束因子变密度法的算法程序和ANSYS软件的拓扑优化模块，分别完成简化模型的拓扑优化设计，实现飞机垂尾的结构布局设计。给出了两种

2、方法的优化结果和优化数据，对比分析可以发现带约束因子变密度优化方法是可行和有效的，相较ANSYS软件的拓扑优化模块针对飞机垂尾的结构布局设计更加简便、准确，有着更好的推广应用价值。关键词：飞行器设计；拓扑优化；变密度法；约束因子；智能设计中图分类号：V224+．3文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2013．01．006TheverticaltailoftopologyoptimizationdesignstudybasedonimprovedvariabledensitymethodQIUFu—sheng，JIWu—qiang，

3、XUHou—chao(LiaoningKeyLabofDigitalProcessSimulationandTestTechnology，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136)Abstract：Thelayoutoptimizationdesignfortheverticaltailwithimprovedvariabledensitymethodbyin-缸oducingthecons虹aIntfactorisstudiedinthispaper．Itfinishestopologyoptimizationdesig

4、nofthesimpli—fledmodeloftheverticaltailusingMATLABprogramforvariabledensitymethodwitllconstraIntfactorsandANSYStopologyoptimizationmodule．Thepaperpresentstheoptimizationresultsandoptimizationdataofthetwomethods，findsthatthevariabledensitymethodwiththeconstraintfactorisfeasibleandeffect

5、ivewithcomparisonandanalysis．Thestructurelayoutdesignoftheverticaltailissimplerandmoreaccurate，andhasabetterapplicationvaluethanANSYS．Keywords：aircraftdesign；topologyoptimization；variabledensitymethod；constraintfactor；intelligentdesign按照设计变量的不同，结构拓扑优化可以分为以下3种：尺寸优化、形状优化和拓扑优化⋯。拓扑优化能在给定的约

6、束和边界条件下，通过改变结构布局使结构的设计要求及性能达到最优。与尺寸优化和形状优化相比，拓扑优化的经济效果明显，发展前景广阔，应用范围广泛，在优化中能产生新的构型，是结构实现自动化智能设计广泛采用的设计方法。按照不同的优化对象的性质，拓扑优化可分为离散体拓扑优化和连续体拓扑优化两种方法【2J。连续体拓扑优化与离散体拓扑优化相比，有更加广泛应用范围的同时，也存在模型描述困难，设计变量较多，计算量较大，对载荷的敏感度较强等各种问题。为了实现飞机的减重目标，本文通过拓扑优化技术实现飞机垂尾减重目标。一直以来连续体拓扑优化技术发展的比较缓慢，直到1988年收稿日期：201

7、2—10—30作者简介：邱福生(1977一)，男，江西于都人，副教授，主要研究方向：飞行器设计与制造一体化，cAD／cAPP／cAE／cAM、生产技术准备、产品开发过程建模等领域研究，E—mail：qfs77815@163，corn。第1期邱福生，等：基于改进变密度法的飞机垂尾拓扑优化设计研究27Bendson等人∞1提出均匀化方法之后，它才得以快速发展。目前比较常用的连续体拓扑优化方法有均匀化方法13J、变厚度法HJ、变密度法HJ、渐进结构优化方法∞o等。以上各种连续体拓扑优化方法都有各自的优势和擅长处理的问题，但是又都有一定的局限性。本文主要以变密度法的研究