[發明專利]一種攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法

有效

• 申請號: 201810579121.4
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN110580361B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 駱海濤;周維佳;劉玉旺;張偉;富佳;劉廣明;陳寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

1.一種攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：

步驟1：立柱結構的動態優化，獲得一組最優設計變量以及目標函數值；

步驟2：立柱結構的載荷和邊界條件優化，確定拓撲優化時有限元建模的約束處理，以及確定不同工況下的立柱載荷；

步驟3：立柱結構的拓撲優化分析，先進行立柱有限元建模，建模時根據步驟1中獲得的最優設計變量和目標函數值建立外部輪廓，并根據步驟2中確定的約束處理作為有限元建模時的約束處理，建模后對立柱模型進行網格劃分，然后對模型施加步驟2中確定的各個工況下的載荷值，并分別進行拓撲優化，得到各個工況下的立柱拓撲優化結構，并對各個工況下的立柱拓撲優化結構進行加權優化分析，得出最后的優化結果；

步驟4：根據步驟3獲得立柱結構的拓撲優化分析結果對立柱結構進行合理配置。

2.根據權利要求1所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟1中，利用軟件并采用變密度方法對立柱進行拓撲優化分析，從而獲得一組最優設計變量以及目標函數值，且所述變密度方法基于SIMP法材料插值理論，以結構的柔度最小為優化目標的基礎上，對材料的密度變量進行更新并代入優化算法中進行迭代計算。

3.根據權利要求1所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟2中，將立柱與底座的導軌滑塊副結合部和滾珠絲杠副結合部位置作為拓撲優化時有限元建模的約束處理。

4.根據權利要求3所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟3中，所述導軌滑塊和滾珠絲杠螺母座設為非設計域。

5.根據權利要求1所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟2中的工況包括滑鞍滑枕組件位于立柱的上中下三個位置處的受載情況。

6.根據權利要求1所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟4中，根據步驟3分析結果，確定立柱的左、右側板為主要承載區域，并且立柱上下底面以及后面的材料較少，設計時在立柱左右側板上布置筋板，在材料較少的部位開孔減輕結構質量。

7.根據權利要求6所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：步驟4中，立柱側板上采用呈輻射狀筋板。

8.根據權利要求1～7任一權利要求所述的攪拌摩擦焊機器人立柱結構的拓撲優化設計方法，其特征在于：采用軟件為hypermesh有限元分析軟件。