CN113591337A - 一种环形薄壁支撑结构优化设计方法 - Google Patents

一种环形薄壁支撑结构优化设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种环形薄壁支撑结构的优化设计方法，由建立模型，导入模型，网格划分，设置材料属性，得到粗略优化模型，模型细化修改，强度验证步骤组成，本发明从优化结果来看，在结构强度允许的条件下，优化结构模型与原模型相比，节省了材料，结构更加合理，此结构构件设计，不仅开辟了结构设计新思路，而且设计出的产品可以与增材制造方法相结合，实现结构的快速制造。

Description

一种环形薄壁支撑结构优化设计方法
技术领域
本发明涉及环形薄壁技术领域，尤其涉及一种环形薄壁支撑结构优化设计方法。
背景技术
环形薄壁的支撑结构在以往产品设计中大多缺乏精确的设计和计算，一般情况下类似领域的产品设计都对轻量化，结构合理性有较高要求；因此对其设计的优化方法研究十分有必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种环形薄壁支撑结构优化设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，包括如下步骤：
1)建立模型：依据二维图纸，采用Pro/e建立分析模型；
2)导入模型：将分析模型导入到Ansys Workbench中；
3)网格划分：采用Ansys***对模型划分网格，使网格质量达到较好水平；
4)设置材料属性：设计模型的材料属性，载荷等边界条件，通过计算机分析得出其等效应力和总变形值；
5)得到粗略优化模型：将数据导入拓扑优化模块之中，对分析参数，优化区域，优化比例进行设置，优化目标为质量最小化，从而得出优化后的大概拓扑结构；
6)模型细化修改：将模型导入优化验证模块，具体是导入spaceclaim模块中，在草绘模式中，去除多余线条，连接断开线段部分，修理好模型线条后进行拉伸得到优化后的最终模型；
7)强度验证：重复2)-4)步骤，得出优化后模型的等效强度值和变形值，验证结构优化的合理性；
8)得出结论：修改后结构大幅度降低了质量，结构受力更加合理。
优选的，本优化设计方法为连续体拓扑优化。
优选的，所述步骤4中的设计模型的材料属性为结构钢。
本发明中，所述一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，节省了材料，结构更加合理，此结构构件设计，不仅开辟了结构设计新思路，而且设计出的产品可以与增材制造方法相结合，实现结构的快速制造。
附图说明
图1为未优化前模型图；
图2为未优化模型的变形云图；
图3为未优化前模型应力云图；
图4为拓扑优化初步模型图；
图5为细化后模型图；
图6为优化后模型的变形云图；
图7为优化后模型的应力云图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-7，一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，包括如下步骤：
1)建立模型：依据二维图纸，采用Pro/e建立分析模型；
2)导入模型：将分析模型导入到Ansys Workbench中；
3)网格划分：采用Ansys***对模型划分网格，优先选用hex划分方法，设置网格尺寸50mm，采用面网格划分方法，使网格质量达到0.9；
4)设置材料属性：设计模型的材料属性为结构钢，为了添加载荷建立六个局部坐标系，具***置对应六个圆周力位置，据此施加边界条件。通过计算机分析得出其等效应力和总变形值；
5)得到粗略优化模型：将数据导入拓扑优化模块之中，分析类型为OpitimizationCriteria，优化区域为圆盘区域，内圈和外圈为保留区域。设置保留质量为40％。优化目标为质量最小化。从而得出优化后的大概拓扑结构；
6)模型细化修改：将模型导入优化验证模块，具体是导入spaceclaim模块中，首先进入草绘模式，框选轮廓线条，使用Trimaway除去多余线条，使用Line连接断线，然后使用pull命令拉伸模型；
7)强度验证：重复2)-4)步骤，得出优化后模型的等效强度值和变形值，验证结构优化的合理性；
8)得出结论：修改后结构大幅度降低了质量，质量为原来的40％，结构力学指标强度刚度数值均在许用范围内；
本发明中，本优化设计方法为连续体拓扑优化。
本发明中，步骤4中的设计模型的材料属性为结构钢。
本发明中，本优化设计方法为连续体拓扑优化，从优化结果来看，在结构强度允许的条件下，优化结构与原模型相比，节省了材料，结构更加合理，实现过程中通过对优化实体设置优化区域，不优化区域，优化目标，优化约束和制造约束等方法实现新型结构构型设计，给我们带来了开辟结构设计的新思路，可以与增材制造方法相结合，实现结构的快速制造。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立模型：依据二维图纸，采用Pro/e建立分析模型；
2)导入模型：将分析模型导入到Ansys Workbench中；
3)网格划分：采用Ansys***对模型划分网格，使网格质量达到较好水平；
4)设置材料属性：设计模型的材料属性，载荷等边界条件，通过计算机分析得出其等效应力和总变形值；
5)得到粗略优化模型：将数据导入拓扑优化模块之中，对分析参数，优化区域，优化比例进行设置，优化目标为质量最小化，从而得出优化后的大概拓扑结构；
6)模型细化修改：将模型导入优化验证模块，具体是导入spaceclaim模块中，在草绘模式中，去除多余线条，连接断开线段部分，修理好模型线条后进行拉伸得到优化后的最终模型；
7)强度验证：重复2)-4)步骤，得出优化后模型的等效强度值和变形值，验证结构优化的合理性；
8)得出结论：修改后结构大幅度降低了质量，结构受力更加合理。
2.根据权利要求1所述的一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，其特征在于，本优化设计方法为连续体拓扑优化。
3.根据权利要求1所述的一种环形薄壁支撑结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤4中的设计模型的材料属性为结构钢。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114799215A (zh) * 2022-01-19 2022-07-29 航发优材(镇江)增材制造有限公司 一种环形薄壁零件激光选区熔化成形变形控制方法
CN116275118A (zh) * 2023-05-16 2023-06-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于激光增材工艺的薄壁腔体支撑结构

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