汽車擺臂的拓撲優(yōu)化設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-11 04:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)構(gòu)的重量、體積、固有頻率等達到最優(yōu)，也就是得到設(shè)計優(yōu)化的目標。應(yīng)用拓撲設(shè)計方法可以得到最優(yōu)的拓撲結(jié)構(gòu)，是一種創(chuàng)新性的概念設(shè)計方法。 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的基本思路是將如何得到最優(yōu)的拓撲結(jié)構(gòu)問題轉(zhuǎn)化為在給定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)如何得到的結(jié)構(gòu)的最優(yōu)材料 分布的問題。通過對結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化分析，產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計人員可以對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特征進行全面分析，因此對產(chǎn)品進行開發(fā)設(shè)計時可以更具有針對性。在產(chǎn)品設(shè)計初級階段，僅憑設(shè)計人員的經(jīng)驗和想象對零部件或者結(jié)構(gòu)的設(shè)計并不一定是最優(yōu)結(jié)構(gòu)。只有通過合理的限制條件，設(shè)定好約束條件，應(yīng)用拓撲優(yōu)化方法對結(jié)構(gòu)進行分析，并結(jié)合設(shè)計人員豐富的設(shè)計經(jīng)驗和產(chǎn)品加工工藝，才能得出滿足達到性能要求的最優(yōu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是在不知道產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)情況下，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際受力情況，對邊界條件進行約束和施加載荷條件，它不對結(jié)構(gòu)尺寸進 行優(yōu)化設(shè)計，但為設(shè)計人員提供全新的優(yōu)化設(shè)計方法和提供了最優(yōu)的材料分布方案。 變密度法拓撲優(yōu)化 變密度法 是 由均勻化方法發(fā)展而來常用的拓撲優(yōu)化方法，目前許多有限元拓撲優(yōu)化分析模塊基于此優(yōu)化方法 [1]，例如 HyperWorks中的 Optistruct 拓撲優(yōu)化模塊和 Ansys 中的拓撲優(yōu)化模塊 Optological opt。變密度法采用材料屬性描述方式，其基本思想是引入一種假想的密度可變材料，建立物理參數(shù)（例如彈性模量、泊松比、許用應(yīng)力等）與材料的密度之間的關(guān)系。對結(jié)構(gòu)進行有限元劃分為單元之后，每個獨立的 單元密度是相同的。進行拓撲優(yōu)化分析時，設(shè)計變量定義為材料的密度，因此將連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為材料最優(yōu)分布問題。基于變密度法，材料的性能和材料的密度成正比。例如，鋼的密度大于鉛的密度，因此鋼強度也要高于招的強度，按照這個方法，在變密度法中用中間密度來代表假想材料更真實。 變密度法中，設(shè)計變量為每個單元材料的密度，單元的密度在 0 到 1之間連續(xù)變化 [3]。單元密度為 0時，則代表這個單元密度為空，單元密度為 1時，則代表這個單元密度為實；當單元密度為 0 到 1 的中間值時，則代表這個 單 元為假想材料的密度值。變密度法即 能 用于各項同性的材料也能用于各項異性的材料和復(fù)合材料進行拓撲優(yōu)化分析 ， 優(yōu)越性明顯。 3 汽車擺臂的拓撲優(yōu)化設(shè)計 有限元模型建立 網(wǎng)格劃
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