[發(fā)明專利]一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011231277.7
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112395685B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 梁健;李曉杰
• 申請（專利權）人: 廣州理工學院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F113/10;G06F119/14
• 代理公司: 佛山信智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44629
• 代理人: 郭文娟

1.一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，包括以下步驟：

步驟一，在三維建模軟件中建立自行車組件概念設計模型；然后將模型導出拓撲優(yōu)化軟件能識別的格式；

步驟二，在拓撲優(yōu)化軟件中設置組件載荷和支撐約束，然后進行拓撲優(yōu)化得到自行車組件的拓撲結構，并分析計算自行車組件的受力情況，選出合適的優(yōu)化結果；

步驟三，檢查優(yōu)化結果，根據(jù)自行車組件整體進行拓撲優(yōu)化的計算結果，利用三維建模軟件對自行車組件的孔洞進行整合處理，從而重新整合優(yōu)化形態(tài)；

步驟四，將通過三維建模軟件重新封閉拓撲優(yōu)化產生的孔洞的自行車組件導出拓撲優(yōu)化軟件能識別的格式；

步驟五，在拓撲優(yōu)化軟件中設置與步驟二同樣的組件載荷和支撐約束，并對孔洞的填充部分進行網(wǎng)格化設計；

步驟六，拓撲優(yōu)化軟件根據(jù)對步驟五的網(wǎng)格化所得數(shù)據(jù)進行優(yōu)化計算，得出計算結果合并模型；

步驟七，從拓撲優(yōu)化軟件中導出3D打印格式并進行3D打印；

于步驟二中，在有限元前處理軟件中分別建立基于動態(tài)潮度試驗和動態(tài)溫度試驗兩種工況下的自行車組件拓撲優(yōu)化模型；在拓撲優(yōu)化軟件中設置組件載荷和支撐約束，然后分別進行拓撲優(yōu)化得到兩種工況下自行車組件的拓撲結構；

其中，在有限元前處理軟件中分別建立步驟二獲得的聯(lián)合拓撲優(yōu)化后的自行車組件模型在動態(tài)潮度試驗和動態(tài)溫度試驗工況下的有限元模型，并分別計算兩種工況下自行車組件的強度、剛度、模態(tài)、疲勞壽命和疲勞壽命的安全系數(shù)的性能參數(shù)；

其中，于步驟二中，基于拓撲優(yōu)化軟件分析計算自行車組件的受力情況后得出拓撲優(yōu)化云圖重構模型，對拓撲優(yōu)化前后有限元模型的強度、剛度、模態(tài)、疲勞壽命和疲勞壽命的安全系數(shù)的性能參數(shù)的分析對比，完成模型重構，不滿足則重復執(zhí)行本步驟；

所述建立拓撲優(yōu)化模型的數(shù)學表達式為：

MinC＝F^T·U(ρ)

s.t.KU＝F

V－0.5≤0

f1≥F

dx≤Dx，dy≤Dy，dy≤Dz

0＜δ≤ρi≤1，i＝1，2，…，n

其中，C為結構的柔度，F(xiàn)為節(jié)點等效載荷向量，F(xiàn)^T為函數(shù)轉置；U為節(jié)點位移向量，K為剛度矩陣，V為體積分數(shù)，f1為一階固有頻率，dx、dy、dz為刀頭處x、y、z三個方向的位移變形量，ρi為第i單元的偽密度設計變量，n為設計變量的個數(shù)；s.t為目標函數(shù)；δ是ρi的下界且取一個無限接近0的正數(shù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，步驟二中還對自行車組件的厚度尺寸進行拓撲優(yōu)化分析，其自行車組件的厚度尺寸的優(yōu)化模型的數(shù)學表達式為：

目標函數(shù)：剛度最大，即柔度最小，即MinC(x)

設計變量：x＝(x1，x2，…，xn)

約束條件：

f1≥F

dx≤Dx，dy≤Dy，dy≤Dz， Ti1≤xi≤Ti2，i＝1，2，…，n

其中，xi為立柱第i個設計變量，f1為一階固有頻率，dx、dy、dy為優(yōu)化模型刀頭處x、y、z三個方向的位移變形量，Dx、Dy、Dz為原模型刀頭處x、y、z三個方向的位移變形量，Ti1、Ti2為第i個設計變量的最小、最大厚度尺寸，n為設計變量的個數(shù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，所述三維建模軟件為evolve或rhino或3Dsmax或SolidWorks或Pro/E。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，所述拓撲優(yōu)化軟件為optistrct或ansys或inspire。

5.根據(jù)權利要求1或3所述的一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，所述三維軟件將三維模型導出為stp格式。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于增材制造的拓撲優(yōu)化自行車組件設計方法，其中，所述步驟七中的3D打印格式為所述拓撲優(yōu)化軟件導出的stl格式。