這篇工業設計論文發表了機約束裝置撬杠的優化設計方法，如何才能得到撬杠的最優模型呢?論文通過借鑒以往設計撬杠的基礎上，通過ANSYS軟件對其進行參數化建模，經理論分析得出影響其使用性能的主要參數，然后通過一系列的優化分析計算，得出最優撬杠，為今后的結構設計提供理論依據。

　　關鍵詞：工業設計論文,參數化建模,優化設計,最優模型

　　引言

　　在飛機載荷校準試驗時須研制支持與約束裝置，用于試驗機停放時對飛機的支持及加載時對飛機的約束。而撬杠就是約束裝置中的最重要組成部分。在約束裝置中，約束結構的安全性能直接決定著試驗的安全性。而撬杠安全性能直接決定約束裝置的安全性能，所以撬杠設計的安全是重中之重。約束裝置中，撬杠主要作用為：1)轉換受力方向。將機輪上不方便(空間的原因)施加的向上約束轉換為向下約束。2)主要承力件、連接件。撬杠將約束裝置連接成一個整體，并且為主要承力部件。以往的約束裝置中，撬杠承載能力較小。但針對某型機所設計的約束裝置，撬杠承載能力是以前的幾倍。同時，由于飛機安裝空間狹小，周圍還有其他的加載臺架。面對如此大的載荷以及狹小的空間，如何有效、安全地設計撬杠結構是該裝置設計的重點和難點。

　　1撬杠參數化模型

　　在以往所設計撬杠的基礎上。設計一新撬杠，并對撬杠采用ANSYS參數化建模，建模后撬杠三維模型如圖1所示，其外形尺寸為3020mm(長)×410mm(寬)×580mm(高)，小端高度為225mm，采用“Ⅱ”字型截面結構，考慮到其承力特點，撬杠采用棗核形設計，由Q345板料焊接而成。

　　2優化設計概論

　　所謂“最優設計”，指的是一種方案可以滿足所有的設計要求，而且所需的支出(如重量、體積、應力、費用等)最小。即最優設計方案也可理解為一個最有效的方案。ANSYS提供了兩種優化的方法，這兩種方法可以處理絕大多數的優化問題：1)零階方法。是一個很完善的處理方法，可以很有效地處理大多數的工程問題。2)一階方法?；谀繕撕瘮祵υO計變量的敏感度，因此更加適合精準的優化分析。對于這兩種方法，ANSYS提供了一系列的分析→評估→修正的循環過程。就是對于初始設計進行分析，對分析結果進行評估，然后修正設計。這以循環過程重復進行到所有的設計要求都滿足為止。

　　3撬杠優化設計及試驗驗證

　　3.1撬杠優化設計針對撬杠的優化設計，主要采用一階方法進行優化分析。優化分析前，首先要確定主要影響其性能的幾個參數，其參數標準圖如圖2所示。撬杠在工作時，主要繞中間孔軸線發生轉動。兩端的孔為施力孔與固定孔。因此撬杠主要受垂直向下的彎應力。因此影響其性能的主要參數有：撬杠小端高度H1,撬杠中端高度H2,撬杠板厚t1以及撬杠長度L3。由于約束裝置安裝關系原因，其長度L3為固定值。其他3個值為變量值。撬杠初步設計的外形參數為：撬杠小端高度H1=225mm;撬杠中端高度H2=580mm;撬杠板厚t1=50mm，撬杠長度L3=3020mm。其平面示意圖如圖2所示。根據實際工作情況，撬杠的受力情況以及約束狀態如圖3所示。并定義撬杠的材料為Q345鋼，其彈性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7850kg/m3。經ANSYS優化分析，其優化分析點布置如圖4所示。根據選用的材料，以及設計要求。撬杠的容許許用應力[σb]=345÷3=115MPa。然后對照圖4，得到序號2-7的參數滿足設計要求。在此基礎上，考慮安裝空間、經濟費用等要求，也即尺寸越小越好。通過比較得到序號7的為最優值。其參數為：撬杠小端高度H1=90mm;撬杠中端高度H2=250mm;撬杠板厚t=50mm;撬杠長度L3=3020mm。3.2優化結果對比撬杠優化設計前后，其參數對照如表1所示。通過表1可以得出，撬杠在經優化計算后，其中、小端高度均大幅度減小，減小安裝空間;同時重量也減輕11.42%。其優點有以下幾方面：1)撬杠重量減小，減少了材料損耗，減少加工費用。2)方便安裝、運輸。撬杠使用時，安裝在飛機機身下邊，為了飛機安全，移動、安裝只能靠人工推動，減輕重量有利于運輸、安裝。3)撬杠中、小端高度均大幅度減小，更加有效地避免在安裝時因空間不足造成的干涉。

　　4結語

　　基于ANSYS軟件對撬杠進行參數化建模，并對參數化后的撬杠進行的優化設計。根據實際工作情況，將對其性能影響最大的參數設為目標參數進行輸入，最終得到優化結果。優化后的撬杠結構在相同載荷作用下，其強度滿足設計要求，并且撬杠結構達到了輕量化、精小化的目標。結果證明，基于ANSYS的結構優化設計在解決優化問題時的有效性，尤其在大型復雜結構的優化問題上具有其他算法無法替代的優勢。

　　[參考文獻]

　　[1]ANSYSWorkbench12基礎教程與實例詳解[M].北京：中國水利水電出版社，2010:244-244.

　　作者：侯海軍 彭沖 吳曉萍 單位：西安遠方航空技術發展總公司

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