基于拓扑优化的立柱结构轻量化设计

摘要

对机床主要零部件的轻量化设计不仅能节约制造成本、减少能源的消耗,而且能保证或提升其机械性能,稳定加工精度。以某型号加工中心立柱结构为研究对象,采用变密度法的拓扑优化方法,创建两种不同数学模型方案对立柱进行轻量化设计。整体考虑立柱的结构特征,在外轮廓拓扑优化模型基础上,利用二维壳单元对筋板布局进行拓扑优化。最终优化模型的有限元分析结果显示,立柱结构一阶模态频率提升了10.7%,质量降低了13.1%。轻量化设计结果表明,拓扑优化是一种非常有效的结构优化方法。三维网格结合二维网格优化立柱整体结构能够得到精准的传力路径,为轻量化设计提供了可行方案。