仿生观察、拓扑优化或制造中的可行性的结果并不总是以相同的几何形状结束 - 事实上，很少会得到这样的结果。在德国研究协会OptiFee项目中，德国汉诺威大学的制造技术与机床研究所（IFW）与德国不伦瑞克工业大学的飞机设计和轻量化研究所（IFL）合作，研究一种综合方法，将布局拓扑优化与初步设计中的可制造性评估相结合。

在飞机初步设计中，采用这种评估方法可以进一步减轻更多的重量。为什么？因为这种方法明确了重量、制造成本和加强筋布局的可制造性之间的关系和相互作用，从而使设计能够更好地利用这些限制。

两个大学的科研人员正在研究的机身外壳用许多横向和纵向加强筋进行加固，以吸收作用力。到目前为止，虽然飞机部件的开发进步了很多，材料也从铝变化到碳纤维复合材料，但是加强筋的布局几乎没有变化。

汉诺威大学IFW研究所的项目负责人表示："项目的目的是在计算机程序的帮助下开发一种承重的构造。我们将使用拓扑优化方法来调整加强筋的布局。通常情况下，这将是一个可行性研究，选择一个制造工艺和计算成本。这会导致结构上的最佳设计和有效的可制造设计之间的巨大差异"。

据介绍，OptiFee项目遵循的研究假设是：即使没有详细的设计，也可以从质量、生产成本和可制造性方面对非常规加强结构进行评估。研究人员表示："这是第一次，这应该能够在飞机初步设计中使用布局拓扑优化。"

为此，项目合作伙伴正在研究一种两阶段的方法，对不同的加强筋布局进行平行的比较评估，据此，需求定义、概念开发、结构-机械设计、工艺链设计和成本评估将以这种方式整合到一个整体方法中。

相关人员介绍说："精确的可制造性分析的一个先决条件是准确了解所调查的制造技术的可能性和工艺限制，因此我们正在开发一种用于制造纤维增强塑料结构的全球评估方法"。

为了在实践中验证该方法，汉诺威大学正在使用位于德国斯塔德碳纤维材料技术中心基地现有的自动纤维铺放和连续湿法铺放的增材制造技术。在项目的进一步发展过程中，将确定其余加强筋布局的制造工艺，研究人员将确定每个布局的质量参数、工艺时间和成本，以便制定出最经济的工艺链。

最终，应该有可能在结构质量、制造成本和时间以及质量参数方面比较不同的加强筋布局。研究结果还应该有助于更好地理解玻璃钢结构设计和选择中的相互关系，并发现进一步优化的潜力。

图：在自动纤维放置过程中，对非常规加强的飞机机身进行制造模拟（来源：IFW）

文章来源：轻量化技术网