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无人机机翼的结构仿真和优化
江丙云
本文针对四轴飞行器的机翼进行重新设计，以降低其设计、制造和上市时间。
目前机翼采用的材料是Steel，重量达0.21kg，由四个铸造的金属部件通过焊接组成，其加工成本较高。针对上述机翼，改为塑件，通过注塑成型加工，仅需一个零部件，至于塑件的结构几何，需通过拓扑优化加以设计。
01
FEM模型和边界条件
机翼在承受40N的升力的同时，分别承受左、右和后3个方向的侧力，即建立3种分析工况。
针对现有金属方案的分析结果，应力和位移分布如下。
分析结果中，最大应力为21.2MPa，最大位移为0.127mm。
02
塑件结构优化
扩展金属件的外围尺寸，如下图，即为塑件的设计空间。结构FEM载荷如上节所述，加载三种工况。
优化目标：强度最大化的同时，质量小于初始结构
优化约束：最大位移小于1.5mm，冻结边界区域
制造约束：拔模角
几何约束：对称
优化结果如下，体积只有初始模型的51.9%，重量为0.196Kg，小于金属件的0.21Kg。
03
几何重构和验算
对上节的优化结果模型，进行几何重构，如下左图，结构具有一定的拔模角且厚度保持一致，重量为0.16Kg（<0.21Kg）。再次验算结构，得最大位移为0.63mm（<1.5mm）
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首次发布时间：2021-04-18
最近编辑：3年前
江丙云
博士
|
仿真专家
C9博士，5本CAE专著
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