李初晔 王卫朝 马 岩

北京航空制造工程研究所,北京,100024

0 引言

完整的结构优化设计过程包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化几个不同阶段和层次。尺寸优化是在保证零件拓扑结构不变的前提下优化截面面积、筋板厚度等参数;形状优化是在保证设计域内的拓扑结构关系保持不变条件下,寻求最理想的边界和几何形状;拓扑优化可以在给定的设计空间中确定最优的材料分布,设计最优的零件几何、框架、加强筋布局,减少非关键区域的材料分布。连续体结构的拓扑优化包括结构边界形状的优化,通过去除材料,可在结构内部形成孔洞,拓扑优化比形状优化具有更大的自由度和开放性,而且不局限于参数形式,因此拓扑优化是高层次的优化,难度也最大,被公认为是结构优化领域最具挑战性的研究课题之一[1-2]。

从尺寸优化、形状优化到拓扑优化的这一过程提供了新产品在设计中的优化策略：①首先根据产品的工作范围确定设计空间,选择能完全覆盖零件设计区间的简单初始形状进行无参数化的拓扑优化,根据各截面的优化结果组合产生最佳的轮廓形状和孔洞分布模型;②根据拓扑优化结果修改零件初始结构,并进行参数化定义,产生拓扑优化结构;③在设计目标约束下采用尺寸优化对拓扑优化结构的设计参数进行调整;④根据尺寸优化结果对拓扑优化结构进行修改,产生最终优化结构零件。

本文采用一种基于……