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四轴撕碎机刀盘拓扑优化的研究分析

编辑:潍坊志特环保科技有限公司时间:2021-04-14

?  据了解,如果只使用变密度拓扑优化四轴撕碎机刀盘的方法,这种方法主要是将材料在规定的设计域中进行较优分配,尽管这种方法很成熟也很稳定,但是由于这种方法是通过将密度在0-1两极来实现材料的分配,这样会导致有中间密度的存在,使得拓扑结果的刚度没有渐进方法好,而且变密度法的拓扑结果不能为之后的设计提供一个准确的几何尺寸。

  渐进拓扑优化方法,主要是通过不断地减少材料使得终端剩下的材料达到所设定的约束条件。通过删除或恢复单元使得终端的体积符合约束条件,这种方法终止迭代的条件是没有应力越小的单元,所以这种方法可以保持结构的刚度,并且拓扑结果的几何尺寸可以清楚地计算出来。然而这种方法是一种演化方法,所以它的迭代次数较多,计算效率与SIMP方法相比效率较低,此外,虽然有研究人员讨论了ESO的理论基础,但是它的算法的收敛性还没有得到证明,这也使得BESO方法不稳定容易出现错误。

  为了保障四轴撕碎机刀盘的刚度,增进优化效率,增加设计的牢靠性,揉和了SIMP方法以及BESO方法,以较小柔度作为目标函数,体积作为约束条件,利用Python程序将两种算法联系在一起,导入ABAOUS/CAE模块对撕碎机刀盘进行拓扑优化,终设计了一种新的刀盘结构。

  利用所得到的拓扑结构,对刀盘进行再设计两种结构,结构1的体积为原来的82%,前后两个面都是平面,结构2的体积为原来的67%,前后两面有沉槽,沉槽的深度为6mm。

  为了验证新结构的牢靠性厂家给原始结构以及两种新结构在相同的地方施加相同大小的均布压力为45MPa,用相同的网格划分方法对它们进行有限元分析,得出结构1的形变量比原始结构少了99.0%,较大综合应力比原始结构少了23%,结构2的形变量比原始结构减少了86%,较大应力只增加了13%且小于42CrMo的屈服强度920Mpa。

  总之,上述四轴撕碎机刀盘新的优化?,有着良好的规律性和应用价值,在开发新产品时由于缺乏设计经验对体积百分数的选择比较困难,利用该方法可速度明确优化的体积百分数,规避了设计时利用经验所造成误差,增加了拓扑优化的效率,缩短产品的设计周期。

  利用 ABAQUS软件得出原始结构、结构1以及结构2中结构1的刚性越好,形变量越小,较大综合应力也越小。

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