王雷,闫素娜,赵强强,洪军

(1.西安交通大学机械工程学院,710049,西安;2.西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部 重点实验室,710049,西安;3.中国电子科技集团公司第二十七研究所,450047,郑州)

拓扑优化受到传统制造技术的限制,实际工程应用的拓扑优化结构仍然有一定的局限性,没有充分发挥拓扑优化的优势。近年来,增材制造技术得到了快速发展,与传统制造技术相比,它具有能够实现高效率、低成本、制造复杂结构的突出优势[1],为拓扑优化结构的制备提供了强大的工具,极大地拓宽了结构设计的空间。因此,将拓扑优化与增材制造结合,研究面向增材制造的创新设计方法具有广阔前景[2]。然而,增材制造技术存在一些工艺约束,制约着优化结构的制备,例如悬垂特征,打印时需要在其下方添加支撑防止坍塌,打印完成后再通过人工去除,不仅浪费打印材料和打印时间,而且去除支撑会对零件性能和表面质量造成损坏[3]。

为了减少使用支撑,一些学者从工艺参数方向入手,利用优化算法寻找能够使支撑体积最小的最佳成型方向。其中,Das等提出了一种利用多目标优化方法,在满足零件GD&T标准的同时,寻找能够使支撑体积最小的成型方向[4];Morgan等提出了一种利用优化算法寻找使支撑体积最小的成型方向的方法[5];Strano等提出了一种两步优化设计结构的方法,第一步寻找结构最优打印方向,第二步基于此方向优化设计多孔支撑结构,使支撑体积最小[6]。……