[发明专利]一种混凝土泵车臂架结构的拓扑优化设计方法

权利要求书

1.一种混凝土泵车臂架结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：由于臂架在工作中主要承受竖直面的弯矩作用，为了保证臂架的刚度和强度要求，选择具有矩形截面的箱型结构为臂架的初始结构，其上下盖板材料均匀分布，设定为非设计区域；两侧腹板设定为优化的设计区域；

步骤2：泵车的臂架系统由若干节臂架组成，每节臂架之间通过销轴连接，单节臂架的边界载荷就是销轴所受反力，该反力随着臂架姿态及外部载荷的变化而改变；

2.1 建立整个臂架结构的有限元模型；

2.2 使用Python语言编写全参数化驱动程序，基于连杆位置驱动臂架结构实现多姿态；

2.3 根据泵车的实际情况加载，并采用子结构方法确定单节臂架在多姿态工况下的载荷边界条件；

步骤3：以单节臂架为对象，施加步骤2得到的臂架多姿态载荷边界条件，基于变密度法，以多姿态工况下结构加权应变能最小为优化目标，以体积分数为约束，对臂架进行拓扑优化设计；数学模型为：

其中，r为单元伪密度，U为多姿态工况下的结构的加权应变能，V为结构体积，V₀为原结构体积，m为体积分数；

步骤4：基于步骤3得到的结构材料密度分布图的设计结果，考虑制造工艺，得到优化后的臂架结构为：矩形截面的箱型结构，其中上下盖板为材料均匀分布的连续体，左右腹板互为对称，形成V型镂空结构。