動態載荷下的噴管運動結構拓撲優化設計探討

石 波，黃雪剛，周 杰，付莉莉，樊根民

(西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

可調收斂-擴張噴管是吸氣式發動機的關鍵結構件，可以保證發動機獲得高的推力特性和性能。噴管設計應以高性能為目標，并對結構重量、復雜性、可靠性、維修性及成本予以綜合考慮。可調噴管是一種在惡劣力熱條件下工作的復雜機構部件，針對其結構開展輕量化減重工作時，僅僅采用單一工況下的線性靜態載荷的結構優化結果往往無法滿足實際工況，因此需要在整個運動周期內的動態載荷下開展結構優化工作。

動態載荷下的結構優化問題屬于動態結構優化設計領域中結構動力響應優化設計的研究內容，是以在動載荷激勵下結構的響應的物理量(如位移、速度、加速度、應力和應變等)為目標或約束條件的結構動力學優化設計。動態結構優化存在設計靈敏度分析困難和動態約束難以處理的困難，與之對比，靜態結構優化因為具備多工況處理更高效、設計靈敏度易計算、優化算法完善等優點，其理論和工程實踐更為完善和成熟。學者們開展了把靜態結構優化的優點運用到動態結構優化中的可行性研究，提出使用等效靜態載荷法(ESL，即將動態載荷轉換為一組等效靜態載荷集)，使用等效靜態載荷集產生的靜態響應完成結構在動態載荷作用下的優化設計，孫煥純等在同一時期開展了類似研究。隨后，等效靜態載荷法廣泛應用于動態結構優化領域，毛虎平等將基于模態疊加的所有節點等效靜態載荷法應用到動態響應優化中；……