基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

摘要

针对某大型无人机机身轻量化需求，以选区激光熔化（Selective laser melting, SLM）制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型，基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能，并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法，以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束，对接头结构进行拓扑优化，根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明，两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%，在轻量化程度相近的情况下，方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度，即最优重构方案成功实现轻量化设计，与原结构件相比质量减轻13.3%，且相较于其他方案承载能力最强，满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

关键词

拓扑优化 / 静力学分析 / 增材制造 / 轻量化设计 / 结构设计

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2022YFB4602301）