CN113591337A - 一种环形薄壁支撑结构优化设计方法 - Google Patents
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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
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系统对模型划分网格,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系统对模型划分网格,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,具体位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系统对模型划分网格,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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CN202010362415.9A CN113591337A (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种环形薄壁支撑结构优化设计方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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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- 2020-04-30 CN CN202010362415.9A patent/CN113591337A/zh active Pending
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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 |
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CN116275118B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-08-08 | 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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