[发明专利]一种飞行器支架轻量化设计及制造方法

说明书

本发明实施例提供了一种飞行器支架轻量化设计及制造方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：对飞行器支架进行拓扑优化设计；步骤2：使用激光选区熔化方法对步骤1获得的拓扑优化设计后的飞行器支架进行增材加工制造；步骤3：对步骤2制造形成的飞行器支架进行成形质量测量；步骤4：测量后，对飞行器支架进行功能试验。本发明方法能够实现飞行器复杂承力结构件的新型优化设计与制造，在原结构刚度基本不变的情况下达到减重及快速制造的目的。

技术领域

本发明属于飞行器产品设计/制造技术领域，涉及一种飞行器支架轻量化设计及制造方法。

背景技术

飞行器上使用的一些连接舱体和安装设备的承力结构件，多为复杂薄壁结构，此类结构件的设计主要基于传统的制造加工能力来定，因此零件的轻量化设计很大程度受到了一定限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞行器支架轻量化设计及制造方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：对飞行器支架进行拓扑优化设计；

步骤2：使用激光选区熔化方法对步骤1获得的拓扑优化设计后的飞行器支架进行增材加工制造；

步骤3：对步骤2制造形成的飞行器支架进行成形质量测量；

步骤4：测量后，对飞行器支架进行功能试验。

优选地，所述步骤1包括：

首先将原有结构进行设计空间划分，包括区分设计空间及非设计空间；在非设计空间上施加边界条件；以最大刚度为优化目标进行求解，设计优化参数包括结构基频、单元尺寸大小；优化结束后针对拓扑优化形成的新型结构进行模型重构，在优化后设计空间与非设计空间圆滑过渡；模型重构完成后对模型进行受力变形及应力情况分析。

优选地，所述步骤2使用激光选区熔化方法进行增材加工包括三个过程：

前处理及成形、去应力热处理、表面机加工；其中，在加工前对模型进行前处理，包括扫描路径规划、工艺参数确认及支撑添加处理，支撑添加结束后需要进行加工过程工艺仿真，检查在成形过程中结构是否存在应力集中点，若发现存在应力集中点，通过重新设置支撑密度、调节打印方向或调整扫面路径来降低应力值。

优选地，所述步骤3中成形质量测量包括对成形零件进行内部质量检测、表面质量检测及外轮廓尺寸精度检测。

优选地，所述步骤4的功能试验包括对成形零件进行力学振动试验，满足实际使用的功能需求。

优选地，所述步骤2中表面机加工主要针对接触面进行去余量加工，单边余量3-5mm。

优选地，所述步骤3成形质量检测包括飞行器支架内部CT探伤、表面荧光着色检测及三维模型轮廓扫描；其中内部CT探伤检测精度高于0.3mm；荧光着色时间多于40分钟；三维模型轮廓扫描后包络单个尺寸小于等于200mm，其模型最大偏差不超过±0.8mm；包络单个尺寸介于200-400mm之间，其模型最大偏差不超过±1.5mm；包络单个尺寸高于400mm之间，其模型最大偏差不超过±2mm。

优选地，所述步骤4功能试验主要以振动力学试验来进行评价，包括振动工装设计、试验及分析，其中振动工装使用高强铝合金材料，设计后振动工装其一阶固有频率远大于飞行器支架固有频率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)飞行器薄壁支架通过使用拓扑优化方法对原有结构进行优化设计，可以达到减重的效果。

(2)飞行器薄壁支架使用增材制造方式成形，几乎不会造成原材料的浪费，具有绿色环保的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的一种飞行器支架轻量化设计及制造方法流程图；