龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化.pdfVIP

学兔兔 l 匐 似 龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化 Multi-objectivetopologyoptimizationcolumngantryrailgrinde 母德强，范以撒，杨 君 MU De．qiang。FANYi-sa。YANG Jun (长春工业大学机电工程学院，长春 130012) 摘 要：以多工况下的应变能和结构振动固有频率为优化目标函数，对龙门导轨磨床立柱进行多目标拓 扑优化。将质量小于1．3t做为约束函数，得到最佳质量分布云图，根据质量分布云图重新对立 柱部件进行结构设计，再对新立柱做进一步的多目标参数优化，采用同样的约束函数和目标 函数完成尺寸优化。优化结果表明，质量减少18％，最大总位移减少6．7％，第一阶固有频率 提高11％。实现了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态特性的轻量化设计目标。 关键词：拓扑优化；多目标优化；立柱；固有频率；应变能 中图分类号：TH122 文献标识码 ：A 文章编号：1009-0134(2614)07(下)-0064-03 Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．07(下)．17 0 引言 题转化成弹性应变能的问题 。 随着零件加工向精密，超精密方向发展，要 1．1静态拓扑弹性应变能 目标函数 提高磨床的加工性能，对磨床进行动静态分析显 应变能最小的拓扑优化就是结构刚度最大化 得尤为重要 。立柱主要用于支承龙 门横梁部件 ， 问题，就是寻找在设计域 内使得结构刚度最大时 其动静态特性与机床的整体性能有着密切关系。 的材料分布形式。通常把多个工况下的刚度拓扑 对龙 门加工中心的立柱进行准确、合理、科学可 优化 问题转化为多工况下的柔度最小 问题，再把 行的计算，进而对其进行优化设计，提高其机械 柔度 问题转化为应变能问题 。本文采用线性加权 特性，将很大程度上提高整个龙门加工中心的稳 法定义 目标函数，分别在X、Y、Z三个载荷的工 定性、抗振性、可靠性及使用寿命 。 况下建立， 目标函数如下 ： 在尽量使结构轻量化的前提下对龙 门导轨磨 床立柱优化，其应变能和固有频率也应满足一定 minC(x)=∑wfCf(x) (1) 的要求，属于典型的以应变能最小和特征值最大 式中：X为设计变量， (x)为各工况下的弹性 作为优化 目标函数的多 目标拓扑优化 问题 。 目 前大多研究是以柔度为 目标函数的单 目标拓扑优 应变能最小值， 为权系数 。 Wf=l这种方法 百 化问题，或者是以柔度为