[发明专利]一种新型精冲压力机机架的优化设计方法

权利要求书

1.一种新型精冲压力机机架的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对待优化的精冲压力机机架结构进行有限元分析，获得机架性能参数；

所述机架性能参数包括机架体积V，额定载荷作用下的最大应力σ_max，额定载荷作用下的柔度c，额定载荷作用下机架第一受力面在竖直z方向上的变形量额定载荷作用下机架第二受力面在竖直z方向上的变形量额定载荷作用下第一导向面在水平y方向上的变形量额定载荷作用下第二导向面在水平x方向上的变形量以及机架一阶模态频率f₁；

2)根据待优化的精冲压力机机架结构，建立机架粗略设计模型；

3)基于SIMP法，以最小化体积为目标，以柔度、受力面和导向面变形量以及一阶模态频率为约束，建立精冲压力机机架拓扑优化设计的数学模型；

Minimize:

Subject to:k_e＝(ρ_e)^pk₀

c＝U^TF,F＝KU,

c≤C

f₁≥F₁

0≤ρ_min≤ρ_e≤1

其中，Δ为优化后体积V占优化前体积V₀的百分比，k_e和k₀分别为优化后单元刚度矩阵和原始单元刚度矩阵，ρ_e为单元相对密度，p为惩罚因子，U为位移矢量，F为所受力，K为结构刚度矩阵，f_i为i阶模态频率，K_i和M_i分别为i阶模态刚度和模态质量，C、分别为c、的上限值，F₁为f₁的下限值；

4)进行第一步拓扑优化：基于步骤2)所建机架拓扑优化的粗略设计模型以及步骤3)所建机架拓扑优化的数学模型，建立机架拓扑优化的有限元模型，并对上述有限元模型使用模式重复约束和挤压约束两种制造工艺约束，求解优化问题获得结构优化结果，根据该结果对机架结构进行再设计，得到满足约束条件的中间设计结构；

5)第二步拓扑优化：基于步骤4)所得的机架中间设计结构及步骤3)所建的机架拓扑优化的数学模型，建立机架拓扑优化的有限元模型，并使用模式重复约束，不再使用挤压约束，求解优化问题获得体积最小的优化结果，根据该结果对机架结构进行再设计，得到满足约束条件的最终设计结构；

6)运用有限元方法对最终设计结构分析验证。