Nghiên cứu thiết kế tối ưu hình học chi tiết máy bay không người lái chế tạo bởi công nghệ in 3D
144 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.97.2024.148-156Từ khóa:
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết; Máy bay không người lái; Cấu trúc lattice; Công nghệ in 3D.Tóm tắt
Gần đây, drone đã được sử dụng rộng rãi để thực hiện các nhiệm vụ trong các lĩnh vực khác nhau như quân sự và nông nghiệp. Để nâng cao hiệu suất khai thác, có kích thước nhỏ gọn và nhẹ, drone không ngừng được thiết kế và tối ưu hóa. Vì vậy, một trong những hướng nghiên cứu hiện nay là tối ưu hóa cấu trúc hình học các bộ phận chính của drone như khung thân và chế tạo chúng bằng công nghệ in 3D. Trong bài báo này, tối ưu hóa topology và tối ưu hóa sử dụng cấu trúc lattice đã được nghiên cứu và áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc cánh tay của drone (DJI-f450) với sự hỗ trợ của phần mềm Hyperworks. Các phương pháp thiết kế tối ưu được thực hiện theo tiêu chí giảm thiểu trọng lượng, tăng độ cứng và độ tin cậy của chi tiết. Kết quả thu được cho thấy các phương pháp được sử dụng đều cho phép tăng độ cứng và độ tin cậy, đồng thời giảm trọng lượng ít nhất 21,88% so với kết cấu ban đầu. Trong đó, phương pháp kết hợp giữa tối ưu hóa topology và sử dụng cấu trúc lattice có hiệu quả hơn trong việc tăng độ cứng và hệ số an toàn. Những phát hiện trong nghiên cứu này khẳng định sự cần thiết và hiệu quả của các phương pháp tối ưu hóa hình học và công nghệ in 3D để cải thiện quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm so với các phương pháp truyền thống.
Tài liệu tham khảo
[1]. B. M. Philip, N. Kikuchi. "Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method." Computer methods in applied mechanics and engineering 71.2: 197-224, (1988).
[2]. Bendsøe Martin Philip. Optimization of structural topology, shape, and material. Vol. 414. Berlin: Springer, (1995).
[3]. Bendsoe Martin Philip and Ole Sigmund. “Topology optimization: theory, methods, and applications”. Springer Science & Business Media, (2003).
[4]. Jihong Zhu and Tong Gao. “Topology optimization in engineering structure design”. Elsevier, (2016).
[5]. Topology Optimization Guide. https://www.topology-opt.com/software-list/
[6]. Chahine Gilbert, Pauline Smith, and Radovan Kovacevic. "Application of topology optimization in modern additive manufacturing." 2010 International Solid Freeform Fabrication Symposium. University of Texas at Austin, (2010).
[7]. Jihong Zhu et al. "A review of topology optimization for additive manufacturing: Status and challenges." Chinese Journal of Aeronautics 34.1 (2021): 91-110.
[8]. Fedulov B., Fedorenko A., Khaziev A., Antonov F. “Optimization of parts manufactured using continuous fiber three-dimensional printing technology”, Composites, Part B: Engineering. vol. 227. 109406, (2021).
[9]. Tang Yunlong, et al. "Lattice structure design and optimization with additive manufacturing constraints." IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 15.4: 1546-1562, (2017).
[10]. Berke Bay and Meltem Eryildiz. "Design and Analysis of a Topology-Optimized Quadcopter Drone Frame." Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology: 1-1, (2024).
[11]. Sagar Nvss. et al. "Design and development of unibody quadcopter structure using optimization and additive manufacturing techniques." Designs 6.1: 8, (2022).
[12]. Sagar Nvss. et al. "Multistage mass optimization of a quadcopter frame." Innovative Design, Analysis and Development Practices in Aerospace and Automotive Engineering: Proceedings of I-DAD 2020. Springer Singapore, (2021).
[13]. Martinez Leon A. S., Rukavitsyn A. N., and Jatsun S. F. "UAV airframe topology optimization." Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020) Volume I 6. Springer International Publishing, (2021).
[14]. Bright Jerrin et al. "Optimization of quadcopter frame using generative design and comparison with DJI F450 drone frame." IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 1012. No. 1. IOP Publishing, (2021).
