基于SIMP理论的注塑机固定模板的拓扑优化.pdf

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1、现代塑料加工应用2011年第23卷第l期MODERNPLASTICSPRoCESSINGANDAPPLICATIoNS基于SIMP理论的注塑机固定模板的拓扑优化徐柯金志明(-It京化工大学机电工程学院，北京，100029)摘要：运用ANSYS软件对塑料注塑机固定模板结构进行拓扑优化。将不同体积约束下拓扑优化的结果进行了研究对比，获得了模板在强度和刚度不变乃至增加的前提下材料的最优分布结构。按照分析结果所作的合理设计不仅可以节省材料，还可以通过减小模板最大挠度来提高注塑产品质量。关键词：注塑机模板拓扑优化体积约束有限元TopologicalOptimizati

2、onforFixedMouldPlatenofInjectionMachineBasedonSIMPTheoryXuKeJinZhiming(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing，100029)Abstract：ThefixedplatenstructureoftheinjectionmoldingmachinewasoptimizedbytopologicaloptimizationmethodusingtheANSY

3、Ssoftware．Thetopologicaloptimizationresultsofdifferentvolumerestrictionswerecompared．Thebestmaterialdistributingstruc—tureoftheplatenwithnondecreasingstrengthandstiffnesswasobtained．Theoptimalde—signaccordingtotheanalyseresultnotonlyreducesthematerialusing，butalsoimprovesthequality

4、ofinjectionproductsbyreducingthemostdeflectionofplaten．Keywords：injectionmoldingmachineplaten；topologicaIoptimization；volumerestric—tions；finiteelement模板是塑料注塑机合模系统中的重要零基于SIMP(固体各向同性材料惩罚法)理论的件，具有固定模具和运动导向定位基准的作用，数学模型，即人为的引入一种假想的密度可变的模板结构和加工精度及刚度将直接影响机器的材料，材料物理参数用材料单元密度的指数函数使用性能，进而影响

5、到注塑产品的质量。注塑机关系来模拟]。由于注塑机模板结构复杂，加强的固定模板与拉杆相连接，在合模机构升压合紧筋等的布置各式各样，要通过软件实现模板结构时将承受全部合模力的作用]。的自动优化是很困难的，因此，优化时以材料密既节省材料又不减小模板本身的强度和刚度为拓扑设计变量，赋予每个有限元单元伪密度是多年来人们在设计塑料注塑机模板时追求度，在结构整体的体积约束作为优化的约束条件的目标，而拓扑优化是实现此目的的有效手段之下以结构总柔度的最小化(刚度最大或变形能最一。拓扑优化是结构优化设计里最难的层次。它是一种根据约束、载荷及优化目标而寻求结构收稿日期：2010—

6、10—13；修改稿收到日期：2010—12-22。材料最佳分配的优化方法。注塑机固定模板的作者简介：徐柯，北京化工大学机电工程学院在读硕士研究拓扑优化属于连续体拓扑优化，采用其中的变密生，研究方向塑料注射成型。度法能达到比较好的计算结果。其基本思想是*通讯联系人，E—mail：jinzm@mail．buct．edu．cn。·58·现代塑料加工应用2011年2月小)作为优化目标函数。变密度法具有设计变量力为139．8MPa，最大位移为0．286mm。该固少的优点，在实际工程中较多采用。在进行优化定模板的设计基本符合应力及变形的要求，但材时，只需要给定材料的物理

7、特性参数，确定载荷料分布极不合理，应力分布也不均匀，具有较大分布及约束控制，并选择目标函数(极值)，即可的优化空问。进行计算求解过程]。注塑和固定模板在拓扑1．2优化分析及讨论优化之后可以实现材料的最佳配置，达到节省材根据有限元分析结果中各部实体对力的贡料，减小模板应力及变形的目的。献程度的不同，首先确定模板中心孔附近及拉杆孑L周围为不做优化区域。选择单元类型标号2，1固定模板的拓扑优化其余优化部分选择标号1。ANSYS软件中只对单元类型标号为1的单元进行拓扑优化，并且适1．1原模板的模型建立和有限元分析合做连续体结构拓扑优化的单元只能是四面体注塑机固定模板

8、进行有限元分析前确定其10节点的Solid92和六面