OptiFee-飛機機身增強布局的優化

輕量化技術網 發佈 2022-07-06T17:09:42.165093+00:00

在自動纖維放置過程中,對非常規加強的飛機機身進行製造模擬(來源:IFW)仿生觀察、拓撲優化或製造中的可行性的結果並不總是以相同的幾何形狀結束 - 事實上,很少有人會得到這樣的結果。

仿生觀察、拓撲優化或製造中的可行性的結果並不總是以相同的幾何形狀結束 - 事實上,很少有人會得到這樣的結果。在德國研究協會OptiFee項目中,德國漢諾瓦大學的製造技術與工具機研究所(IFW)與德國不倫瑞克工業大學的飛機設計和輕量化研究所(IFL)合作,研究一種綜合方法,將布局拓撲優化與初步設計中的可製造性評估相結合。

在飛機初步設計中,採用這種評估方法可以進一步減輕更多的重量。為什麼?因為這種方法明確了重量、製造成本和加強筋布局的可製造性之間的關係和相互作用,從而使設計能夠更好地利用這些限制。

兩個大學的科研人員正在研究的機身外殼用許多橫向和縱向加強筋進行加固,以吸收作用力。到目前為止,雖然飛機部件的開發進步了很多,材料也從鋁變化到碳纖維複合材料,但是加強筋的布局幾乎沒有變化。

漢諾瓦大學IFW研究所的項目負責人迪爾曼表示:"項目的目的是在電腦程式的幫助下開發一種承重的構造。我們將使用拓撲優化方法來調整加強筋的布局。通常情況下,這將是一個可行性研究,選擇一個製造工藝和計算成本。這會導致結構上的最佳設計和有效的可製造設計之間的巨大差異"。

據迪爾曼在博客中介紹,OptiFee項目遵循的研究假設是:即使沒有詳細的設計,也可以從質量、生產成本和可製造性方面對非常規加強結構進行評估。迪爾曼表示:"這是第一次,這應該能夠在飛機初步設計中使用布局拓撲優化。"

為此,項目合作夥伴正在研究一種兩階段的方法,對不同的加強筋布局進行平行的比較評估,據此,需求定義、概念開發、結構-機械設計、工藝鏈設計和成本評估將以這種方式整合到一個整體方法中。

迪爾曼介紹說:"精確的可製造性分析的一個先決條件是準確了解所調查的製造技術的可能性和工藝限制,因此我們正在開發一種用於製造纖維增強塑料結構的全球評估方法"。

為了在實踐中驗證該方法,漢諾瓦大學正在使用位於德國斯塔德碳纖維材料技術中心基地現有的自動纖維鋪放和連續濕法鋪放的增材製造技術。在項目的進一步發展過程中,將確定其餘加強筋布局的製造工藝,研究人員將確定每個布局的質量參數、工藝時間和成本,以便制定出最經濟的工藝鏈。

最終,應該有可能在結構質量、製造成本和時間以及質量參數方面比較不同的加強布局。研究結果還應該有助於更好地理解玻璃鋼結構設計和選擇中的相互關係,並發現進一步優化的潛力。

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