Academic Journal
Formation of airframe power elements of the aircraft by means of topological optimization method
| Title: | Formation of airframe power elements of the aircraft by means of topological optimization method |
|---|---|
| Source: | Information systems, mechanics and control; No. 18 (2018); 33-41 Информационные системы, механика и управление; № 18 (2018); 33-41 Інформаційні системи, механіка та керування; № 18 (2018); 33-41 |
| Publisher Information: | FASS, NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytecnic Institute", 2018. |
| Publication Year: | 2018 |
| Subject Terms: | FEM, finite element simulation, кінцево-елементне моделювання, устойчивость, КЕМ, engine pylon, topological optimization, топологическая оптимизация, стійкість, buckling, топологічна оптимізація, пілон двигуна, конечно-элементное моделирование, пилон двигателя |
| Description: | The current implementation of the topology optimization (TO) method has the so-called problem of "vanishing elements", which implies that at imposing buckling constraints, the program can not reduce the density of any finite element (FE) below a certain point in which this element (called "vanishing") becomes too ductile, and, therefore, too unstable to meet the buckling constraint. This makes the algorithm useless because the program cyclically varies the value of the FE density between 0 and 1, but does not ignore such elements.Sogeclair faced this problem in the pylon optimization, so did Airbus in partnership with Altair in optimizing the A380 wing rib section. As a result, the design was too unstable and non-feasible, so it required additional modifications to meet the buckling constraint and other requirements.Thus, it is impossible today to integrate all the requirements for the design and possibility of variation of all parameters that can be changed in one optimization task. This leads to the fact that at each stage of the design cycle some criteria are missing, which does not lead to mass minimization.The conducted research proved the possibility of providing both force and stabilizing functions in the same structural elements of the airframe and the following method was developed:- first, by means of Altair Optistruct software package with 2D topological optimization function for 3D model optimal ways for load transfer in construction was determined and a geometric model of the pylon was built;- then, by imposing restrictions on the metal minimum thickness during topological optimization in this package, an optimal thickness of the metal is determined at each point of the model, taking into account both the requirements for strength and stiffness, and requirements for stability.This approach allows us to obtain a new design of the Boeing 747-400 engine pylon that is about 30% less than the weight of the traditional design, which confirms the prospects of the proposed approach in the scope of finding new ways to reduce the mass of aviation structures while maintaining the strength and rigidity of the product. Применение топологической оптимизации (ТО) для проектирования авиационных конструкций требует использования специальных подходов или методов, которые представляют собой определенные компромиссы.В данной статье на примере конструкции пилона двигателя был рассмотрен метод топологической оптимизации при выборе конструктивно-силовой схемы конструкции.Установлено, что традиционные подходы к топологической оптимизации не ведут к минимизации массы конструкции из-за разнесения силовых и стабилизирующих функций по различным элементам. Предложено, с учетом возможностей программных пакетов Creo Parametric и Altair Hyperworks, положить как силовые, так и стабилизирующие функции на одни и те же элементы.Это позволило получить конструктивно-силовую схему пилона двигателя самолета Boeing 747-400 массой примерно на 30% меньше традиционной. Застосування топологічної оптимізації (ТО) для проектування авіаційних конструкцій вимагає використання спеціальних підходів або методів, які являють собою певні компроміси.В даній статті на прикладі конструкції пілону двигуна був розглянутий метод топологічної оптимізації при виборі конструктивно-силової схеми конструкції.Встановлено, що традиційні підходи до топологічної оптимізації не ведуть до мінімізації маси конструкції через рознесення силових та стабілізуючих функцій по різним елементам. Запропоновано, з урахуванням можливостей програмних пакетів Creo Parametric та Altair Hyperworks, покласти силові та стабілізуючі функції на одні й ті самі елементи.Це дозволило отримати конструктивно-силову схему пілона двигуна літака Boeing 747-400 масою приблизно на 30% меншою від традиційної. |
| Document Type: | Article |
| File Description: | application/pdf |
| Language: | Ukrainian |
| ISSN: | 2219-3804 2519-2256 |
| Access URL: | http://ismc.kpi.ua/article/view/121984 |
| Rights: | CC BY NC ND |
| Accession Number: | edsair.scientific.p..d8bb865ad1ac53113bc8acdb9ef70e7f |
| Database: | OpenAIRE |
| ISSN: | 22193804 25192256 |
|---|