航空发动机钛合金拓扑优化支架结构

该支架为航空喷气发动机配套的承力安装构件，主要用于发动机舱内部管路、附件与主承力机匣之间的连接固定，需在高频振动、宽温域交变载荷的服役环境下长期保持结构可靠性，避免连接松动或疲劳失效。设计阶段优先采用拓扑优化逻辑完成构型迭代，以给定的安装孔位边界、载荷传递路径为约束，在满足最小安全系数要求的前提下剔除非承力区域的冗余材料，最终形成的镂空桁架式构型既保证了各安装点位的刚度匹配，也实现了超过五成的减重效果，适配航空装备对构件重量控制的严苛要求。构件主体采用Ti-6Al-4V钛合金材质，适配DMLS直接金属激光烧结工艺成型，无需额外拼接焊缝即可实现复杂内腔与曲面结构的一体化制造，避免了传统铣削加工中材料去除率高、复杂曲面加工难度大的问题。从安装边界来看，构件共设置四个带沉孔的安装耳座，孔位同轴度、端面平面度均按照航空级装配公差设计，可直接通过标准紧固件与机匣安装面、待固定附件完成对接，安装后各承力筋条的应力分布均匀，无明显应力集中区域，能够承受发动机运行过程中产生的多方向冲击载荷与持续振动载荷。筋条走向完全顺着主载荷传递方向布置，在连接耳座与主体承力区的过渡位置均做了大圆角平滑过渡，降低交变载荷下的疲劳裂纹萌生风险，构件整体外形无封闭空腔，成型过程中无需额外设计复杂的粉末排出通道，适配增材制造的工艺特性，后续仅需对安装孔位、对接端面做少量精加工即可满足装配要求，大幅缩短了小批量定制构件的生产周期。这类轻量化承力支架除应用于航空发动机领域外，也可拓展至高端赛车、无人机等对结构重量与承力性能有双重高要求的装备场景，其拓扑优化的设计思路也可为同类型安装支架的构型设计提供参考，在保证结构强度的前提下最大化挖掘材料的承载潜力，平衡构件性能与重量之间的矛盾。