一种面向高比刚度的机床支撑件筋板布局智能化设计方法

摘要

本发明公开了一种面向高比刚度的机床支撑件筋板布局智能化设计方法，具体步骤是：前处理：构建机床支撑件的拟三维创成空间模型；自适应创成：获得机床支撑件内部筋板在承载面上投影的最优布局；后处理：将机床支撑件承载面上的投影构型沿某一指定方向做拉伸处理，从而最终获得机床支撑件的内部筋板布局设计方案。本发明通过建立承载构型的自适应创成准则，实现了机床支撑件的高比刚度设计，满足低碳节材要求，可广泛用于重型、超重型制造装备承载构型的优化设计。

主权项

1.一种面向高比刚度的机床支撑件筋板布局智能化设计方法，其特征在于包含下述具体步骤：1）拟三维创成空间模型构建将机床支撑件结构简化为内部筋板与外围壁板的组合体，将组合体进一步抽象为由壳单元与虚拟弹簧单元组成的拟三维创成空间模型，其中壳单元用来模拟机床支撑件的外围壁板而虚拟弹簧单元则用来模拟机床支撑件的内部筋板，根据机床支撑件的承载关系，选定其中一个外围壁板作为承载面，并将承载面设定为内部筋板投影构型的创成空间，在承载面上相邻壳单元节点之间添加与壳单元节点相互耦合的梁单元；2）承载面上筋板投影构型的自适应创成以承载面上梁单元截面高度h为设计变量进行优化，通过优化改变设计变量的值，实施梁单元增长过程中的分叉与退化操作，实现承载面投影构型的最优创成，由于截面高度h是唯一决定梁单元重量的几何尺寸，则自适应创成过程的实质为材料的最优分配，整个优化过程的数学模型如下：设计变量：W=[W₁,W₂,…,W_N]目标函数：总应变能最小Minf(W)约束条件：W_sum≤W₀$W_i^U>W_i>W_i^L,i=\mathrm{1,2},...,N$其中，f(W)是支撑件结构模型的总应变能，W_sum是支撑件结构模型的总质量，W₀是预先给定的支撑件结构模型质量上限，W_i是第i个设计变量，N是设计变量的个数，表示W_i的上限值，表示W_i的下限值；3）机床支撑件筋板布局的后处理经过步骤2）后，去除拟三维创成空间模型的虚拟弹簧单元，将承载面上的最优投影构型沿某一方向做拉伸处理，获得机床支撑件内部筋板的结构布局。