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优化驱动的产品设计流程
发表时间:2007-5-11 洪清泉 叶洎沅   来源:e-works
关键字:流程 创新 结构优化 
产品设计流程已经从传统的人工反复过程,发展到大量采用CAE技术对产品性能进行虚拟测试和校核。但是,现有的CAE技术并不能在设计自由度最大的概念设计阶段把产品的所有性能考虑进来,并给出创新设计,因此没有带来产品设计流程的革命。

4.案例——飞机舱门支撑臂设计

4.1 背景-飞机结构轻量化设计

    EADS(欧洲航空防务及航天公司)是全球三个最大的航天集团之一。Eurocopter是EADS下属的全资子公司,主要设计开发商用和军用直升机,同时参与空中客车所有机型的舱门和整流罩的开发。

    由于来自强势客户和业界本身竞争的压力,飞机制造商们正在积极地寻求方法来降低飞机的结构重量,Eurocopter公司也不例外。为了满足项目工期和复杂的、甚至苛刻的产品设计目标,Eurocopter公司在产品开发过程中积极采用基于Altair OptiStruct结构优化技术的设计流程。本案例着重讲述这个流程的一个成功应用——重新开发一种质量更轻的舱门支撑臂。下图所示是支撑臂在舱门中的位置和初始设计。
              

4.2 过程

设计过程分为概念设计和详细设计共两个阶段:

    《一》、概念设计阶段的主要目的是得到舱门支撑臂的全新设计思路,这可以通过OptiStruct的拓扑优化技术实现。首先根据支撑臂的安装位置、运动轨迹和连接关系确定设计空间,然后建立主要工况,包括舱门关闭、紧急打开和气阀撞击三种工况,将这些工况下的结构刚度指标作为设计约束。设计目标为重量最小。同时,在优化过程中考虑了拔模方向,以满足铸造工艺要求。根据OptiStuct给出的设计思路,设计工程师就可以初步设计出支撑臂的结构。
          

    《二》、在详细设计阶段可以对初步设计模型进行进一步的优化,在满足所有工况条件和最大许用应力水平的情况下,通过形状和尺寸优化方法来优化加强筋的尺寸和形状,以达到进一步优化结构、降低质量的目的。优化设计的最终结果减重达到了20%,设计周期从原来的三个月缩短到现在的三个星期。
                 
  

5. 小结

    优化驱动的产品设计流程是一种革命性的设计理念,以Altair OptiStruct为代表的结构优化技术给了工程师真正的帮助,是整个设计过程的灵魂和驱动者。这一全新的设计流程由于在设计一开始就实现了优化设计,避免了在设计后期阶段过多的反复,从而大大缩短了产品的设计周期。此外更重要的是,优化设计本身可以帮助寻找到更轻、同时性能更好的设计方案,在产品结构减重和自主创新领域都有非常重要的意义。

本文系e-works专稿,未经授权严禁转载。
 
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