本文關(guān)鍵詞：典型三維機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　第28卷第6期榮見華等:典型三維機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計831　

圖17　迭代38步的軸承支座結(jié)構(gòu)有限元模型

Fig.17　Thefiniteelementmodelforthebearingsupporter

structureatiterationstep38

圖14　注塑機模板結(jié)構(gòu)最大、平均vonMises應(yīng)力的進化歷程

Fig.14　Theevolutionhistoriesofthemaximumandaverage

vonMisesstressesofthemouldstructurefortheinjectionmouldmachine

,)79,體積比為0.7496,

10.,工況1下最大應(yīng)力為0.017936MPa,0.016605MPa,工況2下最大應(yīng)力為0.016655MPa,性能指標為1.2075

(a)Topologyatiteration38,thevolumeratio0.8515,themaximumstressesbeing0.018005MPaand0.016605MPa,respectively,underthetwosetsofloadsandperformanceindex(PI)1.2075

性能指標為1.3884

(b)Topologyatiteration79,thevolumeratio0.7496,themaximumstressesbeing0.017936MPaand0.016655MPa,respectively,underthetwosetsofloadsandperformanceindex(PI)1.3884

圖15　注塑機模板結(jié)構(gòu)的重量比和性能指標值的進化歷程

Fig.15　Theperformanceindexandweightratioevolutionhistories

ofthemouldstructurefortheinjectionmouldmachine

(c)迭代步數(shù)為135,體積比為0.6493,(d)迭代步數(shù)為196,體積比為0.5425,

工況1下最大應(yīng)力為0.018022MPa,工況1下最大應(yīng)力為0.018385MPa,工況2下最大應(yīng)力為0.016815MPa,工況2下最大應(yīng)力為0.016701MPa,性能指標為1.6125

(c)Topologyatiteration135,thevolumeratio0.6493,themaximumstressesbeing0.0180226MPaand0.016815MPa,respectively,underthetwosetsofloadsandperformanceindex(PI)1.6125

性能指標為1.946

(d)Topologyatiteration196,thevolumeratio0.5425,themaximumstressesbeing0.018385MPaand0.016701MPa,respectively,underthetwosetsofloadsandperformanceindex(PI)1.946

圖16　軸承支座結(jié)構(gòu)的初始優(yōu)化模型及其受力情況(正視圖)

Fig.16　Theinitialoptimizationmodel(frontviews)anditsload

caseforabearingsupporterstructure

圖18　本文方法得到的軸承支座結(jié)構(gòu)拓撲演化歷程

Fig.18　Theevolutionaryhistoryofthebearingsupporter

structuraltopologyobtainedbytheproposedmethod

出,注塑機模板的具體加筋位置與現(xiàn)有的實際注塑機模板結(jié)構(gòu)相比,有許多相似之處,從而可以為設(shè)計人員提高設(shè)計效率,縮短設(shè)計周期,節(jié)約成本開支。4.3　兩組載荷情況下軸承支座結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計

直徑為0.1m。作用在軸承孔上下兩面的載荷以余弦

22

規(guī)律分布,最大值分別為10kNΠm和5kNΠm。假設(shè)彈性模量E=210GPa和泊松比ν=0.3。

圖17為第38迭代步的軸承支座結(jié)構(gòu)拓撲的有限元模型。圖18a～圖18d分別顯示采用本文方法,用圖16所示結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu),獲得的拓撲構(gòu)形(圖18d為最佳結(jié)構(gòu))。圖19為不同視角的最佳軸承支座結(jié)構(gòu)拓撲鉛垂方向應(yīng)力云圖,圖20為最佳軸承支座結(jié)構(gòu)拓撲

圖16顯示兩載荷工況下的一個軸承支座結(jié)構(gòu)及其受力情況。軸承座長為0.4m,高為0.3m,厚度是0.1m。軸承座兩邊的材料提供支座與底層面連接的

基礎(chǔ),例如螺栓連接,大小同為0.1m×0.08m。

軸承孔

　832機　　械　　強　　度2006年　

縱向和橫向應(yīng)力云圖,而且從圖19和圖20可以看到整

個結(jié)構(gòu)應(yīng)力趨于均勻,最佳結(jié)構(gòu)拓撲構(gòu)型與實際軸承座相類似,表明本文方法是有效可行的。

5　結(jié)論

本文簡單介紹三維機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計基本方法和軟件研制的一些關(guān)鍵措施。開展幾個典型和復(fù)雜的三維機械結(jié)構(gòu)的仿真優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計結(jié)果表明發(fā)展的方法和軟件是正確和有效的,有進一步發(fā)展的價值。

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圖19　本文方法得到的不同視角的最佳軸承支座結(jié)構(gòu)

拓撲鉛垂方向應(yīng)力云圖

Fig.19　Theverticaldirectionalstresscloudpicturesofthe

optimumtopologyofthebearingsupporterstructure,observedindifferentdirectionalpointsofview,obtainedbytheproposedmethod

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A

圖20　本文方法得到的最佳軸承支座結(jié)構(gòu)拓撲縱向和

橫向應(yīng)力云圖

Fig.20　Theleveldirectionalstresscloudpicturesoftheoptimum

topologyofthebearingsupporterstructure,obtainedbytheproposedmethod

three2dimensionstructuraltopologyoptimizationdesignmethod.ActaMechanicaSolidaSinica,2005,26(3):290～296(InChinese)(榮見

華,唐國金,楊振興,等.一種三維結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計方法.固體力學學報,2005,26(3):290～296).

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