拓扑优化轻量化发动机支架结构设计

本作品为面向GE发动机配套的安装支架拓扑优化设计成果，建模阶段依托三维参数化设计流程完成基础构型搭建，首先根据发动机支架的安装边界、载荷工况、连接点位要求，构建初始实体设计域，明确4组螺栓安装位的空间坐标与装配约束，保证初始模型完全匹配发动机舱的装配空间要求。随后引入拓扑优化算法开展多轮迭代计算，第一轮迭代从4×28芯域起步，经过50代迭代在首次运行150代时得到初步构型，4螺栓解决方案实现整体体积减少68.65%；后续持续开展创新优化，累计经过260小时计算后追加420小时迭代验证，在充分满足结构强度、刚度要求的前提下，确认仅需3个螺栓连接即可满足全部载荷工况，对应4×27芯域经过400代迭代后实现75%的体积缩减，进一步探索极限优化状态时，2螺栓连接方案也可满足74.64%的体积减量化目标，且结构应力分布仍处于安全阈值内。模型渲染阶段采用哑光青绿色工程塑料材质赋予模型，直观呈现优化后生成的仿生传力路径，可见结构材料完全沿主应力迹线分布，去除了所有非承载区域的冗余材料，顶部的环形吊装结构、底部的螺栓安装座均通过流畅的变截面筋条连接，无多余的实体填充区域，整体构型呈现出自然的有机力学形态。设计过程中同步验证了不同螺栓连接方案的结构稳定性，在stl拓扑优化结果的基础上重构了带step格式的精确卷边模型，完全满足竞赛类设计的各项性能要求，所有过渡区域均做了圆角顺滑处理，避免应力集中问题，在极致减重的同时保障了结构的抗疲劳性能与安装可靠性，可为同类动力系统附属构件的轻量化设计提供成熟的参考构型。