基于拓?fù)鋬?yōu)化方法的回轉(zhuǎn)器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

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1、2010年第8期·工藝與裝備·文章編號(hào):1001—2265(2010)08—0097—03基于拓?fù)鋬?yōu)化方法的回轉(zhuǎn)器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)王勇,李松恩(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,合肥230009)摘要:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在克服傳統(tǒng)CAE設(shè)計(jì)過程創(chuàng)新能力不足的同時(shí),也極大地提高了設(shè)計(jì)效率。論文以某鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例,基于拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù),根據(jù)回轉(zhuǎn)器工作位置及其部件的安裝要求,給出其簡易模型,隨后對(duì)模型的幾個(gè)受力部位進(jìn)行詳細(xì)的受力計(jì)算,并在劃分網(wǎng)格后設(shè)定優(yōu)化區(qū)域。利用變密度法對(duì)模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化后得到概念模型。針對(duì)優(yōu)化結(jié)果給出其整體三

2、維模型,然后對(duì)新模型進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化,最終得到了全新的模型結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,拓?fù)鋬?yōu)化后的結(jié)構(gòu)不但工作空間小,強(qiáng)度能更好地適應(yīng)設(shè)備工作要求,而且設(shè)計(jì)周期更短。關(guān)鍵詞:拓?fù)鋬?yōu)化;概念模型;變密度法中圖分類號(hào):TH122;TG65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: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引言隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)

6、展和CAE技術(shù)的日趨成熟,數(shù)值仿真方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到大量的應(yīng)用。產(chǎn)品在完成初步設(shè)計(jì)后,可以基于CAD模型進(jìn)行產(chǎn)品性能的虛擬試驗(yàn),初步檢驗(yàn)其工作應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)過程、產(chǎn)品壽命等靜動(dòng)態(tài)參數(shù)。如果產(chǎn)品不能滿足要求,可以返回給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改或重新設(shè)計(jì),從而大大縮短實(shí)物試驗(yàn)周期和降低費(fèi)用,如圖1a所示¨。CAE分析過程(b)拓?fù)鋬?yōu)化過程但這種廣泛應(yīng)用的CAE技術(shù)目前仍然僅被用作在產(chǎn)品設(shè)計(jì)后期對(duì)設(shè)計(jì)方案的校核,當(dāng)在這一階段發(fā)圖1CAE設(shè)計(jì)與拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)比現(xiàn)問題時(shí),設(shè)計(jì)者很難對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的修改,所能做象,很難同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的所有性能精確地予以考慮,并

7、且的僅僅是局部的調(diào)整并希望這種調(diào)整不會(huì)造成別的問往往由于經(jīng)驗(yàn)所限,不能給出創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。題。問題產(chǎn)生的根源在于,在擁有最大的設(shè)計(jì)自由度基于拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的ODDP(優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)的概念設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)者所能憑借的完全是經(jīng)驗(yàn)和想計(jì)過程)方法可以在概念設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品所需性能全收稿日期:2010一O1—11作者簡介:王勇(1969一),男,安徽無為人,合肥工業(yè)大學(xué)副教授,博士,研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)。(E—mail)ywang9868@163.tom。·97··工藝與裝備·組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)部予以考慮,在給定的設(shè)計(jì)空間下

8、找到最佳的產(chǎn)品設(shè)加大壓強(qiáng),而油缸截面積增加很小。這樣設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)器計(jì)思路;在虛擬試驗(yàn)階段發(fā)現(xiàn)問題后,優(yōu)化技術(shù)可以直結(jié)構(gòu)占用空間小,活動(dòng)靈活。在箱體材料分布未知的條接給出產(chǎn)品改進(jìn)的方案,而不僅僅是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行校核,件下,可以先

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