Развитие методики топологической оптимизации конструкции фюзеляжа в зоне большого выреза

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов


Авторы

Болдырев А. В. *, Павельчук М. В. **, Синельникова Р. Н. ***

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: boldirev.av@ssau.ru
**e-mail: pmv90aircraft@gmail.com
***e-mail: kam.rn@yandex.ru

Аннотация

Предлагается методика топологической оптимизации конструкции фюзеляжа в зоне большого выреза на основе концепции полнонапряжённости с учётом функциональных ограничений на обобщённые перемещения обшивки на контуре выреза. Для синтеза объекта проектирования используется специальная модель метода конечных элементов на основе деформируемого твёрдого тела переменной плотности. Приводится численный пример проектирования отсека фюзеляжа с прямоугольным вырезом, демонстрирующий работоспособность предлагаемой методики и новое техническое решение, найденное на её основе.

Ключевые слова:

фюзеляж, люк, силовая схема, оптимизация, тело переменной плотности, прочность, жёсткость, обобщённые перемещения, весовая оценка

Библиографический список

  1. Проблемы создания перспективной авиационно-­космической техники / Под ред. В.Г. Дмитриева и др. – М.: Физматлит, 2005. – 648 с.

  2. Погосян М.А., Лисейцев Н.К., Рябов В.А. Развитие научных основ проектирования самолетов и зада­чи подготовки кадров // Вестник Московского авиационного института. 2005. Т. 12. № 2. С. 5-9.

  3. Серьёзное A.H. Развитие научных исследований в области гражданской авиации // Полёт. 2007. № 1. С. 17-23.

  4. Пеньков E.A. Автоматизация формирования слож­ных конструктивно-силовых схем // Полёт. 2007. № 1. С. 40-48.

  5. Ендогур А.И., Панкевич A.A. Сравнение масс конст­рукций магистральных самолетов разных аэродина­мических схем // Вестник Московского авиацион­ного института. 2010. Т. 17. № 1. С. 5-9.

  6. Комаров В.А. Точное проектирование // Онтология проектирования. 2012. № 3(5). С. 8-23.

  7. Чернышев С.Л., Зиченков М.Ч., Ишмуратов Ф.З., Чедрик В.В. Тенденции развития вычислительной механики для прочностного проектирования кон­струкций ЛА // Чебышевский сборник. 2017. Т. 18. № 3 (63). С. 482–499. DOI: 10.22405/2226-8383- 2017-18-3-488-505

  8. Комаров В.А. Проектирование силовых схем авиа­ционных конструкций // Актуальные проблемы авиационной науки и техники: Сборник статей. – М.: Машиностроение, 1984. С. 114-129.

  9. Bendsoe M.P., Kikuchi N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1988. Vol. 71. No. 2, pp. 197-224. DOI: 10.1016/0045-7825(88)90086-2

  10. Eschenauer H.A., Olhoff N. Topology optimization of continuum structures: A review // Applied Mechanics Reviews. 2001. Vol. 54. No. 4, pp. 331-389. DOI: 10.1115/1.1388075

  11. Schuhmacher G, Stettner M, Zotemantel R., O’Leary O., Wagner M. Optimization assisted structural design of a new military transport aircraft // 10th AIAA/ ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference (30 August – 1 September, Albany, New York), 2004, pp. 3803-3811. DOI: 10.2514/6.2004- 4641

  12. Seeger J, Wolf K. Structural optimization of composite aircraft panels with large cutouts // VDI-Berichte/1st EUCOMAS, European Conference on Materials and Structures in Aerospace (26-27 May, Berlin, Germany), 2008. No 2028, pp. 19-27.

  13. Rozvany G.I.N. A critical review of established methods of structural topology optimization // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2009. Vol. 37. No. 3, pp. 217-237. DOI: 10.1007/s00158-007-0217-0

  14. Zhu J.H., Zhang W.H., Xia L. Topology optimization in aircraft and aerospace structures design // Archives of Computational Methods in Engineering. 2016. Vol. 23. No 4, pp. 595-622. DOI: 10.1007/s11831-015- 9151-2

  15. Niu M.C.Y. Airframe Structural Design. – Hong Kong: Conmilit Press Ltd, 1988. – 612 p.

  16. Болдырев А.В., Комаров В.А. Проектирование сило­вой схемы фюзеляжа самолёта в зоне большого выреза // Полёт. 2016. № 8-9. С. 21-26.

  17. Комаров А.А. Основы проектирования силовых кон­струкций. – Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1965. – 88 с.

  18. Fleury C. A unified Approach to Structural Weight Minimization // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1979. Vol. 20. No. 1, pp. 17-38. DOI: 10.1016/0045-7825(79)90056-2

  19. Иванова Е.А., Матвеев В.Г., Пересыпкин В.П. Алго­ритм и результаты проектирования нерегулярных конструкций с заданным уровнем концентрации напряжений // Современные проблемы информа­тики, вычислительной техники и автоматизации: Сборник тезисов докладов конференции, посвя­щённой дню советской науки. Горький: ГГУ, 1988. С. 12-13.

  20. Липин Е.К., Чедрик В.В. Применение критериев оптимальности для решения задачи оптимизации конструкций при ограничениях на напряжения и перемещения // Учёные записки ЦАГИ. 1989. Т. 20. № 4. С. 73-83.

  21. Никифоров А.К., Чедрик В.В. О методах и алгорит­мах многодисциплинарной оптимизации силовых конструкций // Учёные записки ЦАГИ. 2007. Т. 38. № 1-2. С. 129-142.

  22. Болдырев А.В. Структурная оптимизация крыльев с учетом требований прочности и жесткости // Вес­тник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 3. С. 15-21.

  23. Данилин А.И. Избирательное повышение жёсткос­ти — путь к эффективным конструкциям // Извес­тия Самарского научного центра Российской ака­демии наук. 2013. Т. 15. № 6(3). С. 647-653.

  24. Болдырев А.В., Комаров В.А. Оптимизация тонко­стенной каркасированной конструкции с ограни­чениями по прочности и жёсткости // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2006. № 1(9). С. 42-47.

  25. Комаров В.А. Повышение жёсткости конструкций топологическими средствами // Вестник Самарско­го государственного аэрокосмического университе­та. 2003. № 1(3). С. 24-37.

  26. Болдырев А.В., Павельчук М.В. Развитие методики проектирования силовых схем авиационных конст­рукций с использованием модели тела переменной плотности // Известия Самарского научного цен­тра РАН. 2013. Т. 15. № 6(3). С. 603-606.

  27. Андерсон М.С., Арман Ж.-Л., Арора Дж.С. и др. Новые направления оптимизации в строительном проектировании / Под ред. Э. Артрека и др.; Пер. с англ. К.Г. Бомштейна. – М.: Стройиздат, 1989. – 592 с.

  28. Рычков С.П. MSC.visual Nastran для Windows. – М.: НТ Пресс, 2004. – 552 с.

  29. Болдырев А.В. PNP_sr_solid. Свидетельство RU 2019615390 о государственной регистрации про­граммы для ЭВМ. Бюл. № 5, 25.04.2019.

  30. Болдырев А.В., Комаров В.А., Павельчук М.В. Отсек фюзеляжа летательного аппарата с вырезом под люк. Патент RU 2646175 С1. Бюл. № 7, 01.03.2018.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020