梁伟 张俊

【摘  要】针对某型号直升机舱门系统主承力梁结构轻量设计要求，普通金属结构重量较大，降低了直升机有效负载能力。复合材料具有比强度高、密度较低优点，可作为轻量设计的优先选择。由于复合材料价格较高，为降低制造成本，本文提出一种基于有限元参数化算法的轻量化设计，以最低重量设计出满足强度要求承力梁结构。建模过程中，充分考虑复合材料的各项异性、铺层厚度、铺层角以及工艺设计等，采用参数优化方法，最终得到最佳结构设计，并与舱门原金属梁结构结构进行性能对比，结果证明复合材料结构在同等应力水平下重量降低16%，达到轻量化设计要求。

【关键词】舱门;轻量设计;有限元仿真;复合材料

引言

由于复合材料的优良特性，现代直升机很多部件都由原先的金属结构变更为复合材料结构。而作为一种新型材料，复合材料制件价格较高是限制其使用的一个重要问题。如何在提高产品质量的前提下降低成本是目前提高复材使用率的关键。

基于有限元算法的复合材料设计方法在国外已经比较成熟，如A350 和波音787的机身结构很多地方都是采用复合材料，其设计过程遇到很多重大问题。如果单独依靠经验与试验开展结构设计，会大大提高设计成本，延长研发周期。因此，采用仿真优化设计方法是其降低工程研发成本、缩短研发周期、提高产品可靠性的一个重要手段。国内很多单位的复合材料结构设计项目也通过仿真算法得到许多工程成果。……