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双向拉伸试验机机架的拓扑优化设计!

文章来源:济南天华试验机厂家   发布时间:2020-06-30 17:29:40    浏览量:

  传统的设计方法无法处理双向拉伸试验机复杂结构的优化问题,论文采用拓扑优化和有限元仿真技术对150kN双向拉伸试验机机架的结构优化设计展开研究,旨在满足设计指标要求下完成试验机机架的轻量化设计。

双向拉伸试验机机架的拓扑优化设计!

  以实验室现有20kN双向拉伸试验机为研究对象,提出了一种利用惯性释放原理及RBE2刚性单元建立有限元模型的方式,设计了不同加载方式下机架变形的验证试验,验证了试验机刚度变形仿真有限元模型的正确性。其次,基于常规变密度法拓扑优化难以加工制造的特点,提出了一种分步式多阶段拓扑优化设计方法,并对不同关键参数的影响规律进行研究,完成了基于变密度法的150kN双拉机承载机架拓扑优化及仿真分析,确定最优参数组合为:最小成员尺寸MMS=60mm、体积分数约束VOF=0.1。

  基于加工工艺与成本控制,完成了机架拓扑结构和尺寸的详细设计,并完成了试验机的加工制造。最后,在所制造的试验机上进行了试验工况下的变形测试,结果表明关键特征点的Y向变形小于0.1mm,满足试验标准,与传统方案对比,在同样满足要求的前提下,重量减轻了19.5%。

  研究成果发表在结构&多学科优化期刊Structural & Multidisciplinary Optimization(IF3.925,Rank:15/134),该研究工作得到了国家自然基金、北京航空航天大学研究生创新实践基金、中铝科学技术研究院有限公司的支持。