应急泵组柴油机后脚悬置的拓扑优化设计

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应急泵组的柴油机后脚悬置是机组中重要的支撑部件之-，其刚度、强度直接影响机组运行的稳定性和机组的使用寿命。它主要由弯板和筋板焊接而成，筋板的焊接部位往往就是运行中出现开裂现象的关键部位 ，筋板焊接部位的应力状态对支撑的可靠性起决定性作用。为了改善后脚悬置的应力条件、提高支撑的稳定性，通常情况下都是采取增加基板(即弯板)厚度、加长筋板焊缝的方法。

这种做法确实起到了改善后脚悬置应力状态的作用 ，但也致使柴油机本体某些部位的工况恶化。因此，有必要进-步研究支撑脚的工况模型，科学、合理地设计后脚悬置。

ANSYS Workbench Environment(简称 AWE)是ANSYS公司开发的新-代多物理场协同 CAE仿真平 台，主要 由几何建模(DM)、网格操作(CFX)、结构/热分析(DS)、优化设计(DX)和网格转化器(FE modeler)等五大拈组成 3J。其中，几何建模 DM拈是以分析模型为 目标 的CAD参数化建模工具；结构/热分析 DS拈是 ANSYS的求解器，可以用于线性 E线性结构分析、模态分析、热传递分析、谱分析、线性屈曲分析和拓扑形状优 化。对于CAD建模 ，AWE 提供的新型接口也能够与 CAD系统的几何模型实现双向连接，具有更高的几何导人成功率 。

本文对某应急泵组柴油机后脚悬置在 Pro/E环境 中建模，并使用 ANSYS Workbench对模型进行拓扑优化设计，最终获得优化的后脚悬置模型。

1 拓扑优化理论基础结构拓扑优化方法的主要思想是在给定设计空间、约束条件和荷载条件等要求下寻求材料在设计区域内的最优分布 J♂构拓扑优化根据优化对象的不同可分为连续体的结构拓扑优化和离散结构拓扑优化。对于连续体的结构拓扑优化，有穷举搜索方法、均匀化方法、渐进法、变密度法等求解理论，ANSYS拓扑优化采用的是变密度法。

变密度法假设模型材料的宏观物理常数和其密度之间存在着非线性关系～连续体结构离散为有限元模型之后，先指定每个单元内的密度为相同，并以每个单元的密度为设计变量，以结构的柔顺度最小为 目标，同时还要考虑材料的质量约束(或体积约束)和平衡条件 。假定单元密度和材料特性之间的非线性关系为 ：r/(r// )r/ it/0㈩ 式中，叩。为实际使用材料的密度；E。为实际结构的弹性模量；叼 为单元的相对密度系数，(0<8≤7 ≤1，s为相对密度下限)； (，7 )为 对应的材料密度；E( )为 叼。对应的弹性模量；a为引入的惩罚因子。

基金项目：国家自然科学基金项 目(61178087)；中南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(CZQ12013)作者简介：付保荣(1982-)，男，山东临清人 ，硕士研究生，主要研究方向为机械优化设计/CAD二次开发/低品位余热利用发电技术。

Machine Building日Auwman， n 2013，42( )：39-41 ·39·