基于变密度法的床鞍结构拓扑优化设计.pdf

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1、第4期组合机床与自动化加工技术No．42014年4月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueApr．2014文章编号：1001—2265(2014)04—0019—03DOI：10．13462／j．enki．mmtamt．2014．04．005基于变密度法的床鞍结构拓扑优化设计水李珊珊，丛明，王贵飞，周孜亮(1．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116023；2．大连机床集团有限责任公司，辽宁大连116620)摘要：以数控车床床鞍为研究对象，基于HyperMesh平台构建床鞍的有限元模型后对其进行静动态特性分析，

2、得到了床鞍在静态载荷下的变形云图以及1阶固有频率和振型。根据研究分析结果对床鞍进行了基于变密度法的拓扑优化设计。针对优化后的床鞍空腔，采取不同类型的筋板单元进行填充。比较其质刚比，最终得出床鞍静刚度最优的结构。文章的优化结果为改进床鞍的结构提供了理论依据，文章的分析思路和方法为其他机床床鞍的设计和生产提供了参考。关键词：变密度法；床鞍结构；拓扑优化设计中图分类号：TH114；TG65文献标识码：AStructuralTopologyOptimizationDesignforBedSaddlerBasedonVariableDensityMethodLIShan．shan，

3、C0NGMing。WANGGui．fei．ZH0UZi．1iang(1．SchoolofMechanicalofEngineering，DalianUniversityofTechnology，DalianLiaoning116023，China；2．DalianMachineToolGroupCorp．，DalianLiaoning116620，China)Abstract：ThebedsaddleroftheNClatheistakenastheobjectofstudy．Thefiniteelementmodelisestab—lishedtakingadvanta

4、geofHyperMesh．Thestaticanddynamiccharactersanalysisareperformedbasedonthismodelandthedeformation，thefirstnaturalfrequencyandmodeshapeofbedSaddlerarelaidout．Thetopologyoptimizationofbedsaddlerbasedonvariabledensitymethodiscarriedout．Bytakingdifferenttypesofribplatecellstofillouttheoptimize

5、dsaddlecavityandcomparingtheirmassratio，thestructurewithoptimalstiffnesswasobtainedasaresultfinally．TheoptimizationresultofthispapermakesaguidefortheredesignofthebedsaddlerofNClathe．Theanalysisprocessandmethodsprovideareferenceforthede—signingandmanufacturingofsimilarbedsaddlerofmachineto

6、ols．Keywords：variabledensitymethod；structureofbedsaddler；topologicaloptimumdesign分布为床鞍的设计制造提供切实有效的依据。本文提O引言出了一种数控车床关键零部件的性能优化理论和结构结构拓扑优化设计的主导思想是在给定的设计区优化设计方案，为其他机床关键零部件的设计和生产域内寻求结构的材料最优分布，从而使结构的特性达提供了参考。到最好。对于连续体的结构拓扑优化，均匀法和变密1床鞍有限元分析度法这两种研究方法相对较为成熟，应用也较为广泛⋯。本文采用变密度法对数控车床床鞍进行拓扑优利用有限元软件建立床

7、鞍的有限元模型，床鞍有化，根据优化结果对床鞍原有结构进行改进。限元模型的质量对床鞍的有限元分析速度和精度都有床鞍是数控车床的关键零部件，床鞍的性能对数很大的影响。在建立数控车床床鞍有限元模型的过程控车床整机的静动态特性起着十分重要的作用。本中，需要协调床鞍的实际工况和理论分析效率之间的文首先通过结构有限元分析得到床鞍的静动态特性，关系，在确保分析精度在可接受范围的前提下提高求解效率。在此基础上对床鞍结构进行有限元分析，并分析床鞍的原始设计方案是否合理并寻找出床鞍的薄根据结果提出改进意见。弱环节。在此基础上，运用变密度方法对床鞍