【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于飛機握桿操縱裝置，具體來說涉及一種基于有限元分析的hotas手柄桿體拓撲優化設計方法。
技術介紹
1、hotas，全稱hands?on?throttle-and-stick，即“雙手不離桿”操縱方式。將駕駛艙內以手不離桿操縱方式使用的手柄統稱為hotas手柄,根據功能不同主要分為駕駛桿手柄、油門手柄、總距桿手柄及周期變距桿手柄等。hotas手柄作為飛機握桿操縱裝置中的一類，手柄的組成包括：手柄（桿體）、機械連桿、彈簧和阻尼器、傳感器以及開關部分。這些部分共同協助以實現飛行員的操控指令，并確保飛機的穩定和安全飛行。重量是衡量飛機性能的重要指標之一，重量優化具有重要意義。通常情況下，飛機零件的重量越低，性能越好；過高的重量會導致飛行時需要更大的推力和耗油量，增加成本并降低飛機的負載能力和航程。因此就hotas手柄而言，在滿足產品協議強度、剛度前提下，重量應盡量優化。但由于現有技術中的hotas手柄大部分為復雜曲面，直接減重較為困難；減重后實物驗證周期長見效差,手柄結構設計和優化過程復雜且費時費力。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服上述缺點而提供一種通過優化結構材料的分布來實現手柄桿體在減輕重量的同時保證剛度和強度。通過有限元分析，在計算機上模擬手柄的各種工況和性能，從而大幅度減少樣件的制造和試驗次數；結合拓撲優化技術，在設計階段可優化出更加合理高效的結構布局，進一步縮短手柄從設計到量產的周期的基于有限元分析的hotas手柄桿體拓撲優化設計方法。
2、
3、本專利技術的一種基于有限元分析的hotas手柄桿體拓撲優化設計方法，包括以下步驟：
4、s1:定義問題與建模：
5、明確拓撲優化的最小化重量目標；在cad軟件中建立初始的手柄模型，模型將作為拓撲優化的基礎；將所述模型導入到支持拓撲優化和有限元分析的fea軟件中,建立三維數模；
6、s2：有限元分析前處理：
7、在fea軟件中設置手柄桿體材料的物理屬性，將所述模型劃分為有限數量的四面體單元，這些單元網格將用于有限元分析中的計算；定義所述模型的固定約束和外部載荷；
8、s3：拓撲優化設置：
9、在所述模型中指定優化區域，即材料重新分布的區域，指定非優化區域，材料分布保持不變的區域，即接口位置，根據優化目標設置相應的優化參數，目標函數即重量最小化、約束條件包括剛度要求、應力限制，為每個單元分配一個設計變量，即偽密度，該變量將在優化過程中進行調整；
10、s4：有限元分析與優化迭代：
11、基于當前的設計變量和邊界條件，執行有限元分析以計算結構的位移響應及應力響應，根據有限元分析的結果評估當前設計是否滿足優化目標，如果不滿足優化目標，則根據梯度下降法更新設計變量，并重新進行有限元分析前處理，重復執行有限元分析和優化迭代過程，直到滿足收斂條件，包括設計變量變化量小于設定閥值。
12、s5：結果驗證與后處理：
13、檢查優化后的結構是否滿足所有的設計要求和約束條件；對優化后的結果進行后處理，生成應力云圖及位移云圖，以便于更好地理解和評估優化效果，根據優化結果調整原始設計，對于可優化區域需進行蜂窩結構重新建模，并對最后結構再次進行分析驗證，得到最終拓撲優化后的手柄桿體三維模型。
14、其中，步驟s2）中所述的物理屬性是彈性模量、密度及松泊比。
15、其中，步驟s2）中所述的外部載荷是力、壓力、溫度。
16、本專利技術與現有技術相比，具有明顯的有益效果，從以上技術方案可知：本專利技術通過有限元分析與拓撲優化技術的結合，使得設計者可以在設計階段就充分考慮手柄在不同工況下的性能表現，實現設計者、產品用戶在設計階段信息的互反饋。這種全方位的設計反饋機制，有助于設計者更好地理解和滿手柄的實際需求；拓撲優化可以優化手柄桿體結構的傳力路徑和剛度分布，提升結構的承載能力、剛度和疲勞壽命。同時通過有限元分析對優化結果進行驗證和評估，可以確保優化后的結構在實際使用中能夠滿足設計要求；拓撲式手柄的設計優化流程可減少物理試驗的次數，降低試驗過程中的所需人力、物力和財力投入，顯著降低新手柄開發成本；拓撲式手柄結構在滿足性能要求的前提下，通過優化材料分布和結構布局，可以顯著降低手柄重量，與原有技術相比能夠降低能耗，節省原材料；拓撲式手柄的設計優化流程均可在計算機上進行，可模擬各種復雜試驗場景和工況條件。這種虛擬試驗方式不受場地、時間和次數的限制，可大大提高試驗效率和準確性；有限元分析的結果可以保存和回放，這意味著可反復查看和分析實驗結果，以便更好地理解和優化手柄設計；也有助于設計團隊之間的溝通和協作。實現了通過優化結構材料的分布來實現手柄桿體在減輕重量的同時保證剛度和強度，通過有限元分析，在計算機上模擬手柄的各種工況和性能，從而大幅度減少樣件的制造和試驗次數；結合拓撲優化技術，在設計階段可優化出更加合理高效的結構布局，進一步縮短手柄從設計到量產的周期。
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1.一種基于有限元分析的HOTAS手柄桿體拓撲優化設計方法，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于有限元分析的HOTAS手柄桿體拓撲優化設計方法，其中，步驟S2）中所述的物理屬性是彈性模量、密度及松泊比。
3.如權利要求1所述的一種基于有限元分析的HOTAS手柄桿體拓撲優化設計方法，其中，步驟S2）中所述的外部載荷是力、壓力、溫度。
【技術特征摘要】
1.一種基于有限元分析的hotas手柄桿體拓撲優化設計方法，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種基于有限元分析的hotas手柄桿體拓撲優化設計方法，其中，步驟s2）中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳治灸，李倩倩，吳桐，
申請(專利權)人：貴州華陽電工有限公司，
類型：發明
國別省市：
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