典型三维机械结构拓扑优化设计

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　第28卷第6期荣见华等:典型三维机械结构拓扑优化设计831　

图17　迭代38步的轴承支座结构有限元模型

Fig.17　Thefiniteelementmodelforthebearingsupporter

structureatiterationstep38

图14　注塑机模板结构最大、平均vonMises应力的进化历程

Fig.14　Theevolutionhistoriesofthemaximumandaverage

vonMisesstressesofthemouldstructurefortheinjectionmouldmachine

,)79,体积比为0.7496,

10.,工况1下最大应力为0.017936MPa,0.016605MPa,工况2下最大应力为0.016655MPa,性能指标为1.2075

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

性能指标为1.3884

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

图15　注塑机模板结构的重量比和性能指标值的进化历程

Fig.15　Theperformanceindexandweightratioevolutionhistories

ofthemouldstructurefortheinjectionmouldmachine

(c)迭代步数为135,体积比为0.6493,(d)迭代步数为196,体积比为0.5425,

工况1下最大应力为0.018022MPa,工况1下最大应力为0.018385MPa,工况2下最大应力为0.016815MPa,工况2下最大应力为0.016701MPa,性能指标为1.6125

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

性能指标为1.946

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

图16　轴承支座结构的初始优化模型及其受力情况(正视图)

Fig.16　Theinitialoptimizationmodel(frontviews)anditsload

caseforabearingsupporterstructure

图18　本文方法得到的轴承支座结构拓扑演化历程

Fig.18　Theevolutionaryhistoryofthebearingsupporter

structuraltopologyobtainedbytheproposedmethod

出,注塑机模板的具体加筋位置与现有的实际注塑机模板结构相比,有许多相似之处,从而可以为设计人员提高设计效率,缩短设计周期,节约成本开支。4.3　两组载荷情况下轴承支座结构的拓扑优化设计

直径为0.1m。作用在轴承孔上下两面的载荷以余弦

22

规律分布,最大值分别为10kNΠm和5kNΠm。假设弹性模量E=210GPa和泊松比ν=0.3。

图17为第38迭代步的轴承支座结构拓扑的有限元模型。图18a～图18d分别显示采用本文方法,用图16所示结构作为初始结构,获得的拓扑构形(图18d为最佳结构)。图19为不同视角的最佳轴承支座结构拓扑铅垂方向应力云图,图20为最佳轴承支座结构拓扑

图16显示两载荷工况下的一个轴承支座结构及其受力情况。轴承座长为0.4m,高为0.3m,厚度是0.1m。轴承座两边的材料提供支座与底层面连接的

基础,例如螺栓连接,大小同为0.1m×0.08m。

轴承孔

　832机　　械　　强　　度2006年　

纵向和横向应力云图,而且从图19和图20可以看到整

个结构应力趋于均匀,最佳结构拓扑构型与实际轴承座相类似,表明本文方法是有效可行的。

5　结论

本文简单介绍三维机械结构拓扑优化设计基本方法和软件研制的一些关键措施。开展几个典型和复杂的三维机械结构的仿真优化设计。设计结果表明发展的方法和软件是正确和有效的,有进一步发展的价值。

References

1　EschenauerHA,OlhoffN.

Topologyoptimizationofcontinuum

structures:Areview.AppliedMechanicsReview,2001,54:331～390.2　ZhangWH,SunSP,WangL,WangD.Toptimizationofelastic

ofmicro2mechanics.in’04,Beijing,,5,　JianWen,CUIMingTao,etal.Areviewon

dynamicoptimumdesign.AdvancesinMechanics,2001,31(2):182～192(InChinese)(陈建军,车建文,崔明涛,等.结构动

力优化设计述评与展望.力学进展,2001,31(2):182～192).

4　BendsoeMP.Optimizationofstructuraltopology,shapeandmaterial.

BerlinHeidelbergLimited:Springer,1995.

图19　本文方法得到的不同视角的最佳轴承支座结构

拓扑铅垂方向应力云图

Fig.19　Theverticaldirectionalstresscloudpicturesofthe

optimumtopologyofthebearingsupporterstructure,observedindifferentdirectionalpointsofview,obtainedbytheproposedmethod

5　XieYM,StevenGP.Evolutionarystructuraloptimization.London:

Springer2Verlag,1997.

6　RONGJianHua,JIANGJieSheng,YANDongHuang,etal.Structural

topologyevolutionaryoptimizationdesignbasedonman2madematerial.JournalofEngineeringMechanics,2004,21(5):64～71(InChinese)(荣

见华,姜节胜,颜东煌,等.基于人工材料的结构拓扑渐进优化设计.工程力学学报,2004,21(4):64～71).

7　XUFeiHong,RONGJianHua.Topologyoptimizationofmechanics

structuresundermultipleloads.MechanucsinEngineering,2004,26(3):50～54(InChinese)(徐飞鸿,荣见华.多约束下的结构拓扑

优化设计.力学与实践,2004,26(3):50～54).

8　RONGJianHua,JIANGJieSheng,HUDeWen,etal.Astructural

topologyevolutionaryoptimizationmethodbasedonstressesandtheirsensitivity.JournalofMechanics,2003,35(5):584～591(InChinese)(荣见华,姜节胜,胡德文,等.基于应力及其灵敏度的结构

拓扑渐进优化方法.力学学报,2003,35(5):584～591).

9　FUJianLin,RONGJianHua,YANGZhenXing.Topologyoptimizationof

continuumcombinedstructureswithpre2stress.JournalofAppliedMechanics,2005,22(2):372～375(InChinese)(傅建林,荣见华,杨

振兴.带有预应力的连续体组合结构拓扑优化.应用力学学报,

2005,22(2):372～375).10

RONGJianHua,TANGGuoJing,

YANGZhenXing,etal.

A

图20　本文方法得到的最佳轴承支座结构拓扑纵向和

横向应力云图

Fig.20　Theleveldirectionalstresscloudpicturesoftheoptimum

topologyofthebearingsupporterstructure,obtainedbytheproposedmethod

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

华,唐国金,杨振兴,等.一种三维结构拓扑优化设计方法.固体力学学报,2005,26(3):290～296).

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