基于拓扑优化的发动机支架设计方案对比分析.pdf

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1、CAD／CAE／CAPP／CAM现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2012年第11期基于拓扑优化的发动机支架设计方案对比分析4邢向亮1’2，刘波1，韩雪峰1，贾宏光1(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033；2中国科学院研究生院，北京100039)摘要：为得到发动机支架材料合理分配的拓扑结构形式，对原始的横梁结构进行了拓扑优化分析，并根据密度等值面分布图对结构进行人工处理，设计出两种发动机支架方案。通过有限元分析和强度试验，证实方案一结构所受最大应力小、受力分布均匀，更加符合设计要

2、求。发动机支架的成功设计表明，拓扑优化是一种有效的结构概念设计方法，能够为工程设计人员提供合理的结构设计参考方案。关键词：拓扑优化；有限元分析；发动机支架中图分类号：THl22文献标志码：A文章编号：1671_3133(2012)1l—0031—04ComparativeanalysisofdesignschemeofenginesupportbasedontopologyoptimizationXingXianglian91”，LiuBo‘，HanXuefen91，JiaHongguan91(1ChangchunInstituteofOpt

3、ics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China；2GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Inordertoobtainthetopologicalstructureofmaterialsreasonableassignedofenginesupport，theanalysisoftopologyoptimizationwasdonetoori

4、ginalstructure，andtheresultwasartificiallytreatedaccordingtothedistributionmapofiso—surfaceofdensity，thustwokindsofschemeofenginesupportWasdesigned．Theresultoffiniteelementanalysisandstrengthtestindicatesthatthestructureoffirstschemebearssmallermaximumstressanduniformdistri

5、butionofstressandismoreinlinewithtllede—signrequirements．Thereforeenginesupportsuccessfuldesignedindicatesthatthetopologyoptimizationisakindofeffectivelymethodofstructuralconceptdesignandcanprovidereasonablereferenceschemeofstructuraldesignforengineeringdesigners．Keywords：t

6、opologyoptimization；finiteelementanalysis；enginesupport0引言结构拓扑优化又称结构布局优化，是一种根据载荷、约束及优化目标在给定设计区域内寻求结构材料最佳分配的优化方法，最早可追溯到1854年，Maxwell首次进行了应力约束下最小桁架的基本拓扑分析。随后在1904年，Michell用解析分析的方法研究了应力约束、一个载荷作用下的结构，得到最优桁架缩影满足的条件，后称为MicheH准则，这被认为是结构拓扑优化设计理论研究的一个里程碑¨3。但是直到20世纪80年代，随着计算机软、硬件条件的提

7、高和有限元法的成熟，才使得结构拓扑优化真正能够应用于工程实践心]。结构拓扑优化目前已在航空航天、机械、船舶、+中国科学院知识创新工程项目新型材料和汽车设计等领域得到广泛的应用日1。拓扑优化的最大优点是在结构拓扑形状未定的情况下，根据已知边界条件和给定载荷确定比较合理的结构形式，既能用于全新产品的概念设计，又能用于已有产品的改进设计MJ。本文将拓扑优化用于发动机支架的初步设计，得到了两种不同的设计方案，并通过有限元分析和强度试验进行对比分析，为后续类似结构设计提供参考。1拓扑优化理论1．1拓扑优化变密度法的数学模型结构拓扑优化的基本思想是将寻求

8、结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料312012年第11期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)分布的问题并进