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轻量化设计 | 挖掘机摆臂拓扑优化案例,合亚嗒资讯网,heyada.com
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轻量化设计 | 挖掘机摆臂拓扑优化案例
2020年09月22日    阅读量:572    新闻来源:合亚嗒资讯网 heyada.com  |  投稿

背景:轻量化设计是降低成本节约能耗的重要手段之一。轻量化的方法包括材料优化、结构设计优化等手段。结构设计优化通常是借助CAE工具进行性能分析及轻量化优化分析中国机械网okmao.com。包含两个方面:1.结构优化,包括拓扑优化、形貌优化、形状优化等。2.数值优化:包含材料牌号优化、料厚优化、多学科优化等等。结构优化软件包括Tosca、Optistruct以及有限元求解器自身的优化求解器,如果Nastran、ABAQUS、ANSYS等都自带有拓扑优化等功能。数值优化软件包括LSOPT、Isight、Optimus、modeFrontier、Heeds、optiSLang等等。以上软件的使用方法和案例可以参照公众号以前的文章。


本文介绍一个工程机械挖掘机臂的轻量化设计案例。

轻量化设计 | 挖掘机摆臂拓扑优化案例 合亚嗒资讯网,heyada.com

摆臂的材料为Q345,屈服强度345MPa。A点、B点、C点和D点承受约束和外力。初始设计重量2.69T。轻量化设计要求保证结构的强度性能要求,减重20%以上。


初始设计该件为一个整体部件,为了进行拓扑优化设计,需要将模型做预处理,区分拓扑设计空间和非设计空间。通常几何数据处理是设计工程师或者CAD工程师来完成的。CAE软件界面对于CAD数据的处理是一些比较简单的功能,处理的效率没有CAD软件来的高。但针对于CAE工程师,掌握CAD软件是一项必备的技能。这里推荐一下SpaceClaim(SCDM)这个软件,毫不夸张地说,没见过比这个更牛的为CAE分析进行CAD数据处理的软件了。


拓扑优化:拓扑优化可以使用Tosca、Optistruct等进行。本例使用Optistruct进行拓扑优化分析。约束体积分数小于0.7,最小化柔度。分析校核强度。


性能分析:首先对原始设计进行校核分析:最大应力在B点支撑位置处,应力值309.8MPa。


拓扑优化结果:


拓扑结果性能验证:


原设计质量:2.693t,拓扑优化后模型质量:2.063t。应力强度满足要求。减重0.63t,减重比23.4%。


对拓扑结果进行工程化处理:拓扑的结果一般是不规则的结构,需要根据设计规范设计要求进行工程数据修改。从拓扑结果数据到工程化数据的处理,使用前面介绍的SCDM进行完成,分分钟可以完成修改。


原设计质量:2.693t,工程化处理后质量:2.118t,应力强度满足要求。减重0.575t,减重比21.4%。


结束语:以上只是一个简单的轻量化分析的案例。不同的工程实际有不同的设计特点,性能表现和性能要求。轻量化的方法和手段也不仅仅局限在拓扑优化,根据实际项目可以选择多种优化手段进行轻量化设计。



标签:今日头条机械应用技术中心工程机械挖掘机
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