数控转塔冲床横梁结构多目标拓扑优化设计.pdfVIP

数控转塔冲床横梁结构多目标拓扑优化设计术 罗 黎 孙蓓蓓 周易达 (东南大学机械工程学院，江苏 南京211189) 摘 要：提出一种新的横梁结构多 目标拓扑优化设计方法。避免了传统的单 目标优化设计方法无法同时考 虑多个 目标的问题。该方法基于拓扑优化思想。将横梁设为设计域与非设计域，以设计域各单元密 度为设计变量 。基于加权欧氏距离法建立使静柔度最小化与模态频率最大化的多 目标拓扑优化的 目标函数 。以体积分数为设计约束 ，对横梁结构进行多 目标拓扑优化 ；结果表 明。在横梁质量基本保 持不变的情况下，横梁静刚度提高了17．8％，一阶固有频率增加了4．98％。优化效果显著。 关键词：横粱：多目标优化；加权欧氏距离；拓扑优化；变密度法 中图分类号 ：TG385．1 文献标志码 ：A Multi—-objectivetopologyoptimizationdesignofthecrossbeamofapunch LUO Li，SUN Beibei，ZHOU Yida (MechanicalEngineeringDepartment，SoutheastUniversity，Nanjing211189，CHN) Abstract：Amulti—objectivetopologyoptimizationbasedonvariabledensitymehtodispresentedforstructureopti- mizationdesignofthecrossbeam，avoidhtetraditionalsingle—objectiveoptimizationdesignmethodcan notsimultaneouslyconsidermultiplefactors shortcomings．TheCROSSbeam isdesignedbytwoparts，do- mainandnon—domain，bycelldensitytodescribetheimportanceofthevariouscomponentsofthede— signdomain．First，afinitemodeliscreated，stiffnessandvibrationfrequencyasanoptimizedtarget， volumefractionasaoptimizedrestraint．Furthermore，accordingtotheresultsoftopoloyg optimizationofr structural optimizationdesing ofrtheCroSSbeam．Th eIsultshowshtathtemasscanbemaintainedwhile increasingthestaticstiffnessby17．8％ andhtefirstordernatural frequencyby4．98％． Keywords：CroSSbeam；multi——objectiveoptimization；weightedeuclidena distance；topoloyg optimization；varia- bledensitymehtod 数控转塔冲床是一种加工多孔薄板的冲裁设备， 标函数的单 目标拓扑优化问题 I4]，或是以频率最大 横梁是数控转塔冲床的送料机构，其刚度与模态频率 化为 目标函数的拓扑优化设计 J，然后再对新的拓扑 对冲床的稳定性、加工精度等性能影响显著。随着数 结构进行模态分析、静力分析等，这样可能会出现结构 控转塔冲床工作速度的提高，横梁的静动态特性尤为 刚度和频率之间的不一致性和不可协调性，因而很难 重要，而结构优化是提高横梁静动态特性最有效的途 得到最优拓扑结构 。 径之一 。