基于HyperWorks的进给箱体拓扑优化设计.pdf

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1、基于HyperWorks的进给箱体拓扑优化设计胡世军，张富。，邓洋，韩健(1．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃兰州730050；2．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)TopologicalOptimizationDesignofFeedBoxBasedonHyperWorksHUShi—jUl，ZHANGFu，DENGYang，HANJian(1．KeyLaboratoryofDigitalManufacturingTechnologyandApplication，theMinistryofEducation。Lanz

2、houUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China；2．SchoolofElectricalandMechanicalEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China)摘要：为提高630mm球面车磨床进给箱体0引言的结构刚度，以HyperWorks—Optistruct软件为平’●台，建立了以结构的相对密度为设计变量，以一阶固进给箱是机床重要部件之一，其结构刚度对机有频率最大化为目标的拓扑优化模型，实现了移频床的加工性能有很大影响，主要体现在加工质

3、量、加和质量减轻的优化目标，并给出了进给箱材料的最工效率、抗振性和稳定性等方面。提高结构刚度是优分布图，为改善球面车磨床的动态特性提供了理改善结构振动性能的主要措施，可通过对结构的固论依据。有频率进行控制和调整，避免与外界激振力频率相关键词：进给箱；模态分析；拓扑优化；Hyper—等或相近，从而有效地降低结构的动力响应[1]。据Works此，本文利用美国澳汰尔公司的HyperWorks软中图分类号：TP391．9件，建立以四面体为基本单元的630mm球面车文献标识码：B磨床进给箱体有限元模型，提出了优化固有频率的文章编号：1001—2257(2011)09—0

4、028—03动力学设计要求，通过对进给箱体前6阶频率和振Abstract：Inordertoincreasethestructure型分析，找出其对机床整机性能影响严重的薄弱环stiffnessofthefeedboxofsphereturningand节，对其结构进行了优化设计，从而提高机床抗振性grindingmachine630mmeffectively，design和稳定性。modelbasedontopologyoptimization，whichiscar—l有限元模型的建立及模态分析riedbytheplatformofHyperWorks—Op

5、tistruct，isestablishedbymakingtherelativedensityofthe1．1模型导入及网格划分structureasdesignvariablesandmaximizingfirst将建好的进给箱三维模型保存为适当格式导入naturalfrequenciesofthefeedboxasaobjectives．HyperWorks，利用其Cleanup功能对模型进行几何Thegoalsoffrequencyshiftandstructureweight清理，通过消除错位和小孔，压缩相邻曲面间的边reductionareachi

6、evedandanoptimaldistribution界，对自由边、重复面等缺陷进行修改和清理，从而ofstructuralmaterialoffeedboxisobtained，which产生简化的几何模型，便于网格划分和分析。基于有限元法的拓扑优化流程如图1所示。canprovideguidanceforimprovingdynamicchar—acteristicsofthemachinetools．进给箱体的材料为HT150，弹性模量为1．5E5MPa，泊松比为0．27，密度为7．0E一6kg／mm。。在Keywords：feedbox；modala

7、nalysis；topologi—caloptimization；HyperWorksHyperWorks中采用四面体单元对几何清理过的模型进行网格划分，对模型小曲面区域及突变部位使用网格加密和单元过度功能，单元尺寸选用5．O0收稿日期：2011一O4一l4mm，得到99565节点个和403601个单元。·28·《机械与电子)>2011(9)HyperWorks的进给箱体拓扑优化设2进给箱体拓扑优化2．1拓扑优化算法在对连续体进行拓扑优化时，采用基结构思想，须将给定的初始设定区域离散成适当、足够多的子区域，形成有若干子区域(单元)组成的基结构，在i单元子域内拓

8、扑变量t认为是一个常数，t的取值为0～