(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211066566.5 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 昌敏　韩云　白俊强　汪辉　金朋　 (74)专利代理 机构 西安匠星互智知识产权代理 有限公司 612 91 专利代理师 陈星 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化 方法 (57)摘要 本发明提出了一种分体式飞行汽车乘客舱 结构设计优化方法， 包括下列步骤： 首先创建初 始的乘客舱侧向二维模型， 进行拓扑优化， 得到 乘客舱的最优拓扑构型； 其次根据拓扑优化的结 果， 建立乘客舱三维桁架模型， 对其进行刚度和 稳定性校核， 如果不符合， 则对桁架尺寸进行修 改并校核， 得到乘客舱的三维桁架模型； 之后以 桁架的截面尺 寸为参数进行尺 寸优化； 再根据尺 寸优化的结果， 调整桁架尺寸， 并进行稳定性校 核， 如不符合则进行修改再校核直到符合， 得到 最终模型。 通过本发明， 减短了开发周期， 降低了 计算成本， 在满足刚度和稳定性的基础上显著降 低了乘客 舱重量。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115358011 A 2022.11.18 CN 115358011 A 1.一种分体式飞行汽车乘客 舱结构设计优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 确定分体式飞行汽车乘客舱的侧面基本布局， 并依据侧面基本布局创建乘客舱 的侧面二维几何模型， 设置模型材料属性与尺寸参数， 并进行网格划分、 设置网格单元类 型， 以及设置乘客舱的对接工况； 所述侧面基本布局由整流外形、 舱门安装位置和主承力立 柱构成； 步骤2： 对乘客舱的侧面二维几何模型设置拓扑优化的设计域， 并建立目标函数和约束 条件， 进行拓扑优化； 步骤3： 根据步骤2的拓扑优化结果， 确定乘客舱侧面基本拓扑形式， 在两个平行的侧面 之间增加若干连接桁架结构， 建立三维的乘客舱桁架模型； 对三维乘客舱桁架模型中的桁 架进行分组， 设置每组桁架的截面尺寸， 并设置乘客 舱的对接 工况； 步骤4： 对步骤3建立的三维乘客舱桁架模型进行刚度与稳定性校核， 如不满足刚度与 稳定性要求， 则增大刚度或稳定性 不足的桁架截面尺寸， 直到满足刚度与稳定性要求； 步骤5： 对于经过步骤4刚度与稳定性校核后的三维乘客舱桁架模型， 以每组桁架的截 面尺寸为设计变量， 整体结构质量最小为 目标函数， 刚度条件为约束函数， 进行尺寸优化； 得到优化后的三维乘客 舱桁架模型 各组桁架 尺寸； 步骤6： 对步骤5得到的优化后的三维乘客舱桁架模型进行稳定性校核， 如不满足稳定 性要求， 则增大发生屈曲的桁架截面尺寸， 直到满足稳定性要求， 得到最 终的乘客舱桁架模 型结构方案 。 2.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤1中， 设置的乘客舱的对接工况包括： 将对接冲击载荷简化为静力载荷， 均布在侧 面二维 几何模型顶部对接处； 在侧面 二维几何模型底部约束所有平动和转动自由度。 3.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤2中， 所述设计域 为乘客舱舱门安装位置前侧以及后侧与整流外形包围的区域。 4.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤2中， 采用拓扑优化方法为变密度法， 目标函数为整体应变能最小， 约束条件为模型 的最 终面积不超过 给定的约束面积： 其数 学表达为： find X＝(x1,x2,…,xn)T,xi∈[0,1],i ＝1,2,…,n minSE s.t.A<fA0 式中， xi为设计域中每个单元的伪密度,n为设计域单元数量， SE为结构整体的应变能， A0为设计域的原 始面积， A为每 个迭代步中设计域的面积， f为给定的面积分数。 5.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤3中， 设置的乘客舱的对接工况包括： 将对接冲击载荷等效为静力载荷， 取值为2 倍的动载 荷系数乘以飞行模块的重力， 均匀布在乘客舱与飞行模块对接处的桁架上； 乘客舱底部与 地面模块对接处约束所有平动和转动自由度， 乘客 舱底部外围四点约束所有平动自由度。 6.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤3中， 对三维乘客 舱桁架模型中的桁架进行分组具体为： 第1组为连接乘客舱顶部与底部的立柱、 第2组为舱门安装位置后侧立柱、 第3组为舱门 安装位置前侧支撑柱、 第4组为乘客舱顶部以及底部的对接部位侧向梁、 第5组为乘客舱顶权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358011 A 2部以及底部的纵向梁、 第6组为乘客舱的后缘梁、 第7组为乘客舱前缘梁、 第8组为乘客舱后 缘与舱门安装位置后侧支撑柱之间的梁、 第9组为乘客舱前缘与舱 门安装位置前侧支撑柱 之间的辅助梁、 第10组为在乘客舱前缘与舱门安装位置前侧支撑柱之间的纵梁、 第11组为 除第4组外， 连接乘客 舱两个侧面的其 他侧向梁。 7.根据权利要求1所述一种分体式飞行汽车乘客舱结构设计优化方法， 其特征在于： 步 骤5中， 尺寸优化的数 学表达为： find R＝(r1,r2,…,rm)T ri∈[rmin,rmax],i＝1,2,…,m minM s.t.Umax≤[U] 式中， ri为设计域中每组桁架的截 面尺寸， m为桁架的分 组数， rmin和rmax是尺寸约束上下 限， M为结构的总质量， Umax为每个迭代步中结构最大位移， [U]为结构的许用位移。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358011 A 3