基于拓扑优化方法的回转器箱体结构设计.pdf

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1、2010年第8期·工艺与装备·文章编号：1001—2265(2010)08—0097—03基于拓扑优化方法的回转器箱体结构设计王勇，李松恩(合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)摘要：结构设计中引入拓扑优化技术在克服传统CAE设计过程创新能力不足的同时，也极大地提高了设计效率。论文以某钻机回转器箱体结构设计为例，基于拓扑优化技术，根据回转器工作位置及其部件的安装要求，给出其简易模型，随后对模型的几个受力部位进行详细的受力计算，并在划分网格后设定优化区域。利用变密度法对模型进行拓扑优化后得到概念模型。针对优化结果给出其整体三

2、维模型，然后对新模型进行详细优化，最终得到了全新的模型结构。结果表明，拓扑优化后的结构不但工作空间小，强度能更好地适应设备工作要求，而且设计周期更短。关键词：拓扑优化；概念模型；变密度法中图分类号：TH122；TG65文献标识码：ADesignofBoxStructureforDrillRigActuatorBasedonTopologyOptimizationMethodWANGYong，LISong—en(SchoolofMachineryandAutomobileEngineering，HefeiUniversityofTech

3、nology，Hefei230009，China)Abstract：Theintroductionoftopologyoptimizationinstructuraldesignovercomethelackofinnovativeca-pacityintraditionalCAEdesignprocess，whilealsogreatlyimprovedthedesignefficiency．Inthispaper，thebodyofthedrillrigactuatorboxwasdesignedutilizingtopology

4、optimizationtechnology．Theinitialmodelwasbuiltaccordingtoworkingpositionandcomponentsofthegyrator，then，thedesigndomain，constraintsandworkingforceswereproperlysetOfthismodel，andboxrasterwereobtainedusingtopologyoptimizationmethod．Baseonthisconceptualmodel，detaildesignwer

5、ealsopresentconsideringmanufacturingfeasibility．Theresultshowthattheintensityoftopologyoptimizedstructurewhichworkinsmallspacecanbettersuittotheworkrequirementsaswellasshortendesigncycles．Keywords：topologyoptimization；conceptualmodel；variabledensitymethodO引言随着计算机软硬件技术的发

6、展和CAE技术的日趋成熟，数值仿真方法在产品设计中得到大量的应用。产品在完成初步设计后，可以基于CAD模型进行产品性能的虚拟试验，初步检验其工作应力、运动过程、产品寿命等静动态参数。如果产品不能满足要求，可以返回给设计人员进行修改或重新设计，从而大大缩短实物试验周期和降低费用，如图1a所示¨。CAE分析过程(b)拓扑优化过程但这种广泛应用的CAE技术目前仍然仅被用作在产品设计后期对设计方案的校核，当在这一阶段发图1CAE设计与拓扑优化设计对比现问题时，设计者很难对结构进行全面的修改，所能做象，很难同时对产品的所有性能精确地予以考虑，并

7、且的仅仅是局部的调整并希望这种调整不会造成别的问往往由于经验所限，不能给出创新性的设计。题。问题产生的根源在于，在拥有最大的设计自由度基于拓扑优化技术的ODDP(优化驱动的产品设的概念设计阶段，设计者所能凭借的完全是经验和想计过程)方法可以在概念设计阶段对产品所需性能全收稿日期：2010一O1—11作者简介：王勇(1969一)，男，安徽无为人，合肥工业大学副教授，博士，研究方向为数字化设计、结构拓扑优化技术。(E—mail)ywang9868@163．tom。·97··工艺与装备·组合机床与自动化加工技术部予以考虑，在给定的设计空间下

8、找到最佳的产品设加大压强，而油缸截面积增加很小。这样设计的回转器计思路；在虚拟试验阶段发现问题后，优化技术可以直结构占用空间小，活动灵活。在箱体材料分布未知的条接给出产品改进的方案，而不仅仅是对产品进行校核，件下，可以先