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基于混合增减制造约束的发动机摇臂轻量化研究
| 论文题名： | 基于混合增减制造约束的发动机摇臂轻量化研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;摇臂轻量化;拓扑优化;混合增减制造;成本控制 |
| 摘要： | 随着汽车轻量化要求越来越高，拓扑优化方法得到了广泛应用，但是也常常带来设计出的结构难以制造的问题，而混合增减制造技术可以有效解决这一问题。因此，拓扑优化设计和混合增减制造的集成具有广阔的应用前景。 加工成本是制造过程的重要考虑因素，考虑制造成本的拓扑优化设计正成为研究热点。本文主要研究混合增减制造和拓扑优化设计的集成，并提出一种兼顾制造约束和成本计算的拓扑优化方法，具体研究内容如下： 首先，提出一种考虑混合增减制造约束且成本可控的变密度拓扑优化方法。混合增减制造约束包括悬垂约束和铣削约束，在悬垂约束中，使用单元打印密度和支撑区域的概念，取目标单元打印密度为支撑区域最大打印密度和目标单元设计密度的较小值。在铣削约束中，取指定铣削区域的打印密度和为极小值。建立了同时考虑悬垂约束和铣削约束的连续体结构拓扑优化模型，并采用优化准则法求解。根据变密度法的离散性质，构建基于任务的混合增减制造成本函数，并计算得到迭代过程中结构的制造成本，从而对比分析各种设计方案的优劣，合理选择设计方案。 然后，将所提出的方法应用于悬臂梁和MBB梁算例，从柔度和成本两方面分析不同的制造约束对混合增减制造成本的影响，得出结论：对性能要求高则取体积分数较高的设计方案；对成本要求高则取体积分数较低的设计方案。 最后，将提出的拓扑优化方法应用于汽车发动机摇臂零件，对比本文方法与传统方法的制造特征和制造成本，验证了本文算法的可行性和有效性，同时针对不同设计需求给出了最佳设计方案。 |
| 作者： | 魏猛 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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