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飞机上刹车杆仿竹轻量化结构及响应面法优化

张霄昕 王琦 何国毅 杨辉

张霄昕,王琦,何国毅, 等. 飞机上刹车杆仿竹轻量化结构及响应面法优化[J]. 机械科学与技术,2024,43(3):546-552 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278
引用本文: 张霄昕,王琦,何国毅, 等. 飞机上刹车杆仿竹轻量化结构及响应面法优化[J]. 机械科学与技术,2024,43(3):546-552 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278
ZHANG Xiaoxin, WANG Qi, HE Guoyi, YANG Hui. Response Surface Optimization on Bamboo-like Lightweight Structure of Aircraft Brake Rod[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(3): 546-552. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278
Citation: ZHANG Xiaoxin, WANG Qi, HE Guoyi, YANG Hui. Response Surface Optimization on Bamboo-like Lightweight Structure of Aircraft Brake Rod[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2024, 43(3): 546-552. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278

飞机上刹车杆仿竹轻量化结构及响应面法优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278
基金项目: 国家自然科学基金项目(11862017)
详细信息
    作者简介:

    张霄昕,硕士研究生,zxx9782@163.com

    通讯作者:

    王琦,教授,博士,wangqi439@126.com

  • 中图分类号: V226 + .3

Response Surface Optimization on Bamboo-like Lightweight Structure of Aircraft Brake Rod

  • 摘要: 起落架是飞机重要的部件之一,为降低结构重量和应力集中现象,结合3D打印技术的发展,在总质量不增加和外形尺寸不突破的前提下,将原十字结构改为空心圆柱结构,并参考竹结构,给出了两种起落架上刹车杆仿生结构,采用响应面法进行了进一步的参数寻优。仿真分析结果表明:采用仿竹结构后,两种仿竹结构质量分别降低了17%和14.98%,最大等效应力值分别降低了57.34%和57.90%。说明仿竹结构对降低最大等效应力具有非常好的作用。本优化方法对杆件轻量化设计具有实际意义,并可推广使用。
  • 图  1  运八的主起落架结构及十字上刹车杆位置

    Figure  1.  The structure of the main landing gear and the position of the cross-shaped brake rod of Y-8 aircraft

    图  2  十字上刹车杆

    Figure  2.  The cross-shaped brake rod

    图  3  十字拉杆的静力分析

    Figure  3.  Static analysis of the cross-shaped brake rod

    图  4  圆柱状上刹车杆

    Figure  4.  Cylindrical brake rod

    图  5  竹截面和仿生结构截面

    Figure  5.  Bamboo cross-section and bamboo-like structure cross-section

    图  6  刹车杆设计参数的定义

    Figure  6.  Definition of brake rod design parameters

    图  7  各个函数响应面

    Figure  7.  Response surfaces of functions

    图  8  优化后截面形状

    Figure  8.  Cross-section after optimization

    表  1  Ⅰ型仿生刹车杆设计参数

    Table  1.   Design parameters of type I biomimetic brake rod

    参数 优化内容 初始值 取值范围
    X1 外层支撑筋厚度 2 1.6 ~ 3.6
    X2 内层支撑筋厚度 4 2 ~ 4
    X3 圆柱内槽直径 35 30 ~ 40
    X4 1/2圆柱空腔深度 160 130 ~ 175
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    表  2  Ⅱ型仿生刹车杆设计参数

    Table  2.   Design parameters of type Ⅱ biomimetic brake rod

    参数 优化内容 初始值 取值范围
    X1 第一层支撑筋厚度 2.3 2.3 ~ 3.3
    X2 第二层支撑筋厚度 2.3 2.3 ~ 3.3
    X3 第三层支撑筋厚度 2.3 2.3 ~ 3.3
    X4 第四层支撑筋厚度 2.3 2.3 ~ 3.3
    X5 圆柱空腔直径 35 28 ~ 38
    X6 1/2圆柱空腔深度 160 130 ~ 175
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    表  3  Ⅰ型仿生刹车杆3组最优解

    Table  3.   Three optimal solutions for Type I biomimetic brake rod

    参数 候选点1 候选点2 候选点3
    X1/mm 1.77 1.82 1.82
    X2/mm 2.89 2.89 2.90
    X3/mm 39.71 39.69 39.73
    X4/mm 173.88 174.20 173.70
    最大等效应力预测值/MPa 460.96 458.45 462.22
    最大变形量预测值/mm 0.69978 0.69845 0.69937
    最大等效应力有限元计算值/
    MPa
    456.58 458.74 463.23
    最大变形量有限元计算值/mm 0.70013 0.69876 0.69969
    质量/kg 5.7601 5.763 0 5.7641
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    表  4  Ⅱ型仿生刹车杆3组最优解

    Table  4.   Three optimal solutions for Type Ⅱ biomimetic brake rod

    参数 候选点1 候选点2 候选点3
    X1/mm 2.36 2.30 2.34
    X2/mm 2.52 2.51 2.51
    X3/mm 2.49 2.47 2.49
    X4/mm 2.35 2.36 2.37
    X5/mm 37.760 37.756 37.758
    X6/mm 174.80 174.21 174.55
    最大等效应力预测值/MPa 460.55 462.27 461.15
    最大变形量预测值/mm 0.67083 0.67037 0.67050
    最大等效应力有限元计算值/
    MPa
    450.92 467.65 452.74
    最大变形量有限元计算值/mm 0.67111 0.67193 0.67122
    质量/kg 5.9075 5.9098 5.9102
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    表  5  刹车杆优化前后性能对比

    Table  5.   Performance comparison of brake rod before and after optimization

    类型 最大等效应力/MPa 最大变形量/mm 单位变
    形量/%
    质量/kg
    十字上刹车杆 1069.20 0.55162 0.101 6.9409
    Ⅰ型仿生刹车杆
    优化前
    502.79 0.63573 0.116 6.3095
    Ⅰ型仿生刹车杆
    优化后
    456.58 0.70013 0.129 5.7601
    Ⅱ型仿生刹车杆
    优化前
    521.20 0.62868 0.115 6.2868
    Ⅱ型仿生刹车杆
    优化后
    450.92 0.67111 0.124 5.9075
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  • 收稿日期:  2022-03-08
  • 刊出日期:  2024-03-25

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