Применение методики топологической оптимизации позволяет уменьшить массу детали при сохранении ее жесткостных и прочностных характеристик. Целью данной работы является расчетное и экспериментальное исследование изменения жесткости конструктивно подобного кронштейна трубопровода авиационного ГТД вследствие уменьшения его массы на 30 % с помощью SIMP-метода топологической оптимизации. При этом в качестве ограничения задавалось требование на сохранение величины прогиба кронштейна в вертикальной плоскости под нагрузкой в 5 кг. Решение задачи топологической оптимизации осуществлялось в программе ANSYS 19. Сглаживание полученной в результате оптимизации геометрии модели осуществлялось в CAD-системе NX. Для экспериментальной верификации результатов расчета перемещений под нагрузкой исходной и оптимизированной геометрии детали аддитивным методом послойного наплавления на 3D-принтере были изготовлены две натурные модели кронштейна в масштабе 1:1 из материалазаменителя (ABS-пластик). Способ закрепления и нагружения и характеристики материала в экспериментальной установке были аналогичны расчетной схеме. Нагружение производилось с помощью калибровочных грузов. Измерение перемещений производилось в нескольких точках с помощью индикатора часового типа. Также контролировались горизонтальные деформации кронштейна. Показана хорошая сходимость расчетного и экспериментального определения перемещений конструктивно подобного кронштейна под нагрузкой. Проанализированы возможные причины отклонений. Полученные расчетные и экспериментальные данные могут быть использованы для верификации более сложных математических моделей, использующихся для решения задач статического нагружения деталей, изготовленных с помощью метода 3D-печати.Ключевые слова: топологическая оптимизация, оптимальное проектирование, аддитивные технологии, SIMPметод, метод конечных элементов.

The use of polymer composite materials for highly loaded structures in modern engineering is constantly expanding, since they have high specific strength characteristics under static loading. However, the question of providing the required resource of such materials under cyclic loading remains open. In this work, we propose an experimental technique for assessing the damageability of specimens of layered polymeric material during fatigue tests. Criteria, which can indicate the appearance of interlayer fracture in the tested specimens, are given. A correlation between the appearance of a new spot of interlayer destruction in the specimens and a decrease in a number of acoustic emission events per unit time, during fatigue tests, were revealed.

No abstract

No abstract