分叉型铸钢节点的拓扑优化和3D打印一体化研究

摘要

针对分叉型铸钢节点质量过大、应力分布不均衡和生产制造技术落后等问题,进行了结构拓扑优化及3D打印制造一体化研究.首先利用SolidWorks三维建模软件建立分叉型铸钢节点初始模型并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct解算器对其进行了拓扑优化,讨论了惩罚因子、棋盘格控制等优化参数对结果的影响,得到分叉型铸钢节点的最优拓扑模型,而后应用两种不同类型的3D打印制造方式制造出了拓扑优化节点的缩尺模型.研究结果表明,拓扑优化可以在保持节点良好力学性能的同时降低铸钢节点的自重,利用拓扑优化的方法寻找铸钢节点的最佳形态是有效可行的.3D打印技术应用于节点制造,不仅可以显著提高生产速度、改善制造精度,还可以毫无困难地解决拓扑优化形成的复杂形体采用传统工艺难以制造的关键问题.