“為減輕每一克重量而努力”是每個飛機設計工程師的工作信條。隨著對飛機動力性能及經濟性的要求越來越高，工程師必須在滿足苛刻的設計要求的前提下;還要盡可能的減輕重量。此外，為了在設計的最初階段就能考慮零件的性能，從而使設計具有良好的基因，設計后期不出技術風險。并減少設計反復，工程師必須在概念設計階段就對產品進行優化設計。傳統的參考現有機型或者依據經驗進行人工反復設計迭代的過程，已經滿足不了新一代飛機結構設計的需要。這就需要有新的技術來滿足飛機重量、性能和設計周期的苛刻要求。

　　在尋求和試用新技術的過程中，在汽車行業廣泛應用的結構優化技術已得到了各飛機制造商的認可，并逐漸在飛機設計中得到應用。特別是美國AItair公司的0ptiStruct結構優化技術，更是被應用到了幾乎所有新一代飛機的設計中。取得了成功，獲得多個創新大獎，成為現代飛機結構設計不可缺少的工具。

　　OptiStruct結構優化方法簡介

　　OptiStruct是一個以有限元法為基礎。面向產品設計、分析和優化的有限元和結構優化求解器，擁有全球最先進的優化技術，提供最全面的優化方法，包括拓撲優化、形貌優化、尺寸優化、形狀優化以及自由尺寸和自由形狀優化。這些方法可以對靜力、模態、屈曲、頻響、疲勞等分析過程進行優化，支持常見的結構響應，包括質量，慣量，靜態位移、應力、應變。模態頻率。屈曲因子，應變能，頻響位移、速度、加速度，疲勞損傷。復合材料失效因子，以及各響應量的組合等。其穩健高效的優化算法允許在模型中定義上百萬個設計變量和設計約束。此外。OptiStruct提供了豐富的參數設置，包括優化求解參數和制造加工工藝參數等。方便用戶對整個優化過程進行控制.確保優化結果便于加工制造，從而極具工程實用價值。

　　利用OptiStruct進行飛機結構優化設計，不但可以取得明顯的減重效果，而且還具有以下兩個優點：一是，零部件傳力路徑合理，應力分布均勻，結構優化技術能夠在給定的設計空間找出最佳的傳力路徑，并優化結構的最佳尺寸，使得零部件能夠以最佳的材料分布去承受各種載荷，從而應力分布均勻，抗疲勞性能良好。二是，提高設計效率，縮短設計周期。基于結構優化技術進行設計，能大大減少人工設計的反復迭代過程，從而加快設計過程。例如，波音基于OptiStruct結構優化技術進行B787前緣翼肋設計，相比B777前緣翼肋的設計流程，設計工作量和設計時間減少了50%以上。

　　OptiStruct在飛機結構設計中的成功案倒：

　　optiStruct在飛機設計中的成功應用始于空客A380的前緣翼肋設計，隨后被各大飛機制造商應用于各研發中的機型。

　　案例一：A380前緣翼肋設計

　　作為世界上最大的飛機，A380對每個零部件的重量要求是非常苛刻的。英國宇航公司(BAE。A380前緣翼肋的供應商)采用傳統設計方法設計出來的前緣翼肋不能滿足重量指標，于是與Altair公司英國分公司合作，采用拓撲優化、尺寸和形狀優化的方法，在11個星期內成功設計出創新的、輕量化的前緣翼肋，總計減重達500公斤。

　　案倒二：B787前緣一肋設計

　　波音公司于2003年開始評估各商用結構優化軟件，最終也選擇了Altai r OptIStruct。隨后OptiStruct被大量應用于B787的零部件優化減重，從前緣翼肋到貨艙門，從金屬接頭到復合材料平尾，數百個零部件得到了優化，累計減重達上千公斤。

　　例如，B787前沿翼肋同樣采用了拓撲優化、尺寸和形狀優化的設計方法，最終得到了桁架式的輕量化設計。以其中一個翼肋為例，其最終設計重量為6磅，而相對應的B777飛機前緣翼肋重量為10磅。通過統計得出，優化后各個翼肋相比B777飛機相應翼肋的重量減少了25%到45%。

　　案倒三：A41ⅪM復合材料貨艙門設計

　　A400M是歐洲新一代的軍用運輸機，降低自身重量，提高貨物載重量是設計的重要目標之一。EADS采用OptiStruct結構優化減重技術，對后機身多個機身框以及貨艙門進行了優化設計，取得了約15%的減重效果。

　　在貨艙門設計中，EADS對鋁合金邊梁和碳纖維增強樹脂復合材料門板進行了尺寸優化，鋪層裁剪形狀優化和鋪層數量優化，得到了輕便結實的結構。

　　除了零部件級別的優OptiStruct還被應用于機身與機翼的布局優化。例如，空客公司在設計A350初期就利用OptiStruct技術對后機身進行了全新的概念設計，相比A330設計取得到了減重15%，并且整體應力分布更為均勻的結果。

　　OPtiStruct結構優化技術在飛機設計中的應用已經非常成熟，在飛機結構減重設計方面取得了大量工程成果，并能提高結構性能和設計效率。是現代飛機設計不可缺少的技術，國內多家飛機設計研究所都已經引進該技術，并開始應用在各種飛機型號設計中，也必將提高我國的飛機結構設計水平。