精密成形工程

作者：韩昌骏, 李恒, 王义, 刘洪添, 蒋睿哲

单位：1.华南理工大学 机械与汽车工程学院,广州 510641; <br>2.中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所,成都 610041

关键词：激光粉末床熔融,飞机支架,轻量化设计,拓扑优化,包络优化

基金：国家重点研发计划（2024YFB4608200）; 中央高校基本科研业务费杰出青年项目（2024ZYGXZR079）; 中国科协青年人才托举工程（2023QNRC001）

目的 为实现飞机系统安装支架的轻量化,提出了一种面向激光增材制造的协同优化设计方法。方法 基于变密度法（SIMP）建立以最大化结构静力刚度为优化目标的拓扑优化模型,并结合包络优化与形状优化策略构建一体化设计框架;以某型飞机系统安装支架为研究对象,开展多载荷工况有限元分析、拓扑优化与几何重构,同时引入激光粉末床熔融（LPBF）工艺约束,实现结构设计与成形工艺的协同,最终通过LPBF工艺完成实物成形与验证。结果 初始支架壁板与悬空区域存在材料冗余与局部应力集中现象,其高达6.3的安全系数表明该结构具有显著减重潜力。据此进行的优化设计,在成功减重15.52%的同时,将最大应力与位移分别控制在34.25 MPa与0.069 mm的较低水平,远低于材料屈服强度且满足安装精度要求,优化后支架的传力路径连续、应力分布均匀。LPBF成形件外形完整、表面质量良好,无裂纹、塌陷及翘曲等缺陷,验证了模型具有良好的工艺可行性。结论 本研究方法在保证结构强度与刚度的同时实现了减重,为航空承载构件的轻量化与增材制造一体化设计提供了可验证的设计框架。

来源：2025年第11期

《精密成形工程》期刊编辑部

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