[发明专利]一种机械压力机机身结构优化设计方法

权利要求书

1.一种机械压力机机身结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提取机械压力机机架的原始三维模型，对所述机架的原始三维模型的微小结构进行清理；

S2，对所述机械压力机的连杆结构进行静力学分析，获得所述连杆结构与所述机架铰接处的所述机架上的受力值；

S3，将所述机架上的受力值作为受力边界条件，对所述机架进行有限元静力学分析获得所述机架的变形参数；

S4，对所述机架的原始三维模型进行填充处理以建立优化空间，将所述机架的变形参数作为约束条件建立所述机架的拓扑优化模型，并对所述机架的拓扑优化模型进行拓扑优化；

S5，根据所述机架的拓扑优化结果，提取所述机架的各个局部阶梯结构特征；通过凸样条曲线判别方法、凹样条曲线判别方法以及直线判别方法，并结合凸形填充方法、凹形填充方法、直线填充方法以及直角填充方法对所述机架进行填充设计。

2.根据权利要求1所述的机械压力机机身结构优化设计方法，其特征在于，在步骤S1中，包括以下步骤：

将用于生产制造的所述机械压力机机架的原始三维模型从装配体中提取出来，去掉所述机架上的每块钢板上的所述微小结构，所述微小结构包括小圆孔结构和倒角结构。

3.根据权利要求1所述的机械压力机机身结构优化设计方法，其特征在于，在步骤S2中，包括以下步骤：

将所述连杆结构中的传动杆系单独提取出来，建立所述传动杆系中的传动杆件的下死点的静力学平衡方程；将静力学平衡方程中的最大公称力、杆杆夹角作为已知条件，求解所述连杆结构与所述机架铰接处所述机架上的受力值。

4.根据权利要求1所述的机械压力机机身结构优化设计方法，其特征在于，在步骤S3中，包括以下步骤：

将所述机架的原始三维模型导入有限元软件中并进行网格划分，并将步骤S2中求解得到的受力值作为静力学分析的受力边界条件来建立所述机架的有限元模型，计算提取特征点的位移参数；所述特征点的位移参数包括所述机架上铰接点在垂直方向上的位移值、所述机架上与滑块相接触的导轨在水平方向的位移值、下基座在垂直方向上的位移值。

5.根据权利要求1所述的机械压力机机身结构优化设计方法，其特征在于，在步骤S4中，包括以下步骤：

将由多块钢板焊接而成的所述机架进行重新建模，得到一个整体的所述机架三维模型；将整体的所述机架三维模型中的空腔部分填充与所述机架相同的材料，并将步骤S3中提取出的特征点位移参数作为约束条件、以单元密度作为变量、以最体积百分比作为目标函数，建立所述机架的拓扑优化模型；所述机架的拓扑优化模型的表达方程式如下：

设计变量：ρ_e，0≤ρ_min≤ρ_e≤1

优化目标：

约束条件：k_e＝(ρ_e)^pk₀

d_1z≤D_1z，d_2z≤D_2z，d_3x≤D_3x，d_4x≤D_4x；

其中，ρ_e是单元e的相对密度，ρ_min是单元相对密度的最小值，Δ代表体积分数，V是优化前的所述机架的体积，V₀分别优化后的所述机架体积，N代表总的单元数，v_e代表第e个单元体积，k_e和k₀分别代表第e个单元刚度和原始材料刚度，p为惩罚因子，D_1z为所述机架上铰接点在垂直方向上的最大位移值，D_2z为所述机架上铰接点在垂直方向上的最大位移值，D_3x为所述机架上与滑块相接触的左部分导轨在水平方向的位移值，D_4x为所述机架上与所述滑块相接触的右部分导轨在水平方向的值。