机载光电系统拓扑优化技术研究

【摘要】近年来为了满足机载光电系统高质量、高性能、高精度、体积小、重量轻的产品需求,如何能在较短的研制时间内推出重量轻、稳定性好的机载光电产品,已成为各机载光电系统研制的核心技术问题。本文以通用机载光电系统与飞机连接的U型支架为主要研究对象,运用拓扑优化工具,开展机载光电系统零件轻量化设计研究。论文中探讨了国内外结构拓扑优化技术的发展现状及拓扑技术的主要应用领域,明确了目前机载光电系统结构减重设计应用技术的发展趋势,提出了运机载光电系统拓扑优化技术的研究目的、意义、内容及理论依据。运用拓扑优化等有限元分析手段进行了减重设计及强度的分析,完成了对机载光电系统与载机的连接件U型支架构型设计,实现了零件设计轻量化的目的。本文首先对U型支架进行了静态分析,根据实际经验,确定了载荷情况等边界条件,设定了U型支架的拓扑空间。将优化目标函数定为U型支架轻量化,约束条件定为固有频率、应力及位移,运用HyperWorks软件中Optistruct模块对U型支架的最大三维空间包络进行轻量化拓扑,经过迭代计算得到最终的拓扑结果,U型支架几何模型经过规整后,得到理想U型支架的最终构型。新的U型支架经有限元分析,结果在工程许可范围内,重量减轻了14.9%,一阶模态达到了预期设计要求,对进行机载光电系统零件概念设计的设计人员来说具有一定参考价值。本文运用了先进的概念性设计方法——拓扑优化,得到了多工况指标下的U型支架最优材料布局,将最优的结构布局进行尺寸规整,最终取得了U型支架在设计包络内的设计最优解。在此基础上,总结出机载光电系统结构件利用拓扑优化合理减重的方法和流程,为机载光电系统的结构设计工作提供理论指导。
【作者】万菁昱；
【导师】刘缠牢；张一军；
【作者基本信息】西安工业大学，光学工程，2013，硕士
【关键词】光电系统；轻量化；拓扑优化；结构优化；Optistruct；

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