龙门加工中心横梁部件的拓扑优化设计与分析

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1、!龙门加工中心横梁部件的拓扑优化设计与分析!"#"$#王晓煜#贾振元#杨#帆#张树礼（!大连交通大学机械工程学院，辽宁大连$$!%&$；"大连理工大学机械工程学院，辽宁大连$$!%&"；$辽宁出入境检验检疫局机电处，辽宁大连$$!%%$；#大连机床集团重型机床研究所，辽宁大连$$!!&%）摘!要：提出一种应用结构拓扑优化方法，对龙门加工中心横梁部件的纵、横截面的筋肋分布形式进行拓扑优化的优化方法。利用优化的截面形状建立横梁的三维模型，并对优化后的横梁部件模型进行动、静态特性的有限元分析。分析结果表明优化后的横梁结构质量减轻"’，最大变形量为原设计的#$’，一阶共振频率提高#%’。该方法可

2、为大型结构件的优化设计提供有益的借鉴与参考。关键词：龙门加工中心!有限元!拓扑优化!横梁部件!"#!$%$&$’()*&+%,(-*,($./#0(’.*.12.*&30(04$56*.,537*)"(.#!$$&85$009#*-8$-%$.#.,!"#"$#()*+,-./01#23)456701.7#8)*+9.7#4:)*+;51<-（!;=5//?6=5.7-=.<@7A-766B-7A，C.<-.72-./D/7AE7-F6BG-H0，C.<-.7$$!%&$，I:*；";=5//?6=5.7-=.<@7A-766B-7A，C.<-.7E7-F6BG-H0/>D6

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6、作用。利用有限元分析软件)7G0G(/BZR67=5提出对横作为龙门机床的主要结构部件，机床的横梁在机床的梁部件进行结构拓扑优化方法进行筋肋的重新布置，动、静态性能方面起到极为重要的作用。机床横梁的并对设计结果进行了有限元分析。其优化后的横梁结设计传统上采用类比的方法，将单个的结构单元扩展构重量轻，在动、静刚度方面较经验设计有较大的提到整个横梁结构上去，出现了诸如米字型筋、井字筋等高。将此方法应用于机床的精细化设计，对于改进大、方法，此类方法都属于经验法。虽然能够快速、有效地重型机床的基础结构部件具有工程指导意义。设计出横梁结构，但是对于日趋苛刻的机床性能要求%!拓扑优化及有限元方法以及

7、不断提高的机床动、静刚度及成本、外形等方面的需求，仅利用传统设计方法所设计出的横梁结构越来%U%!有限元法与拓扑优化越不能满足设计需求，因此引入更加精细、准确的设计有限元方法是近年来在工程中使用较为广泛的一!国家科技支撑计划（&%%[Q)9&$Q%%），国家自然科学基金重点项目（V%]V%%$），国家自然科学基金（V%[[V%&$）·#!"·类分析方法。伴随着有限元技术的发展，出现了很多扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函