DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2023-09-01-28-38

УДК 621.86/.87

Гнездилов С.Г.
Применение топологической оптимизации при проектировании элементов грузозахватных устройств
В статье приведены методические рекомендации по выполнению концептуальной топологической оптимизации. Под «концептуальной» понимается оптимизация, результатом которой является не конкретное конструктивное решение, а рациональная топология – структура, наилучшим образом передающая заданные силовые потоки. В соответствии с упомянутыми рекомендациями предлагается оптимизацию проводить в последовательности: определение объекта исследования, поиск точек приложения внешних сил к объекту и обоснование (при необходимости) их наиболее рационального относительного расположения, определение характера внешних сил в точках их приложения, наложение связей, учет иных факторов и анализ результатов с возможным уточнением результатов. Особое внимание уделено вопросу построения расчетной схемы для топологической оптимизации, от которой, по мнению автора, во многом определяется успешность решения задачи. Приведенные в статье рекомендации апробированы на практическом примере, в котором рассмотрен порядок оптимизации рычага грузового захвата. Такой захват имеет сложный характер нагружения, в связи с чем его наиболее рациональная структура не очевидна. А потому для поиска рационального конструктивного исполнения его элементов целесообразно применение концептуальной топологической оптимизации. Оптимизация позволила уменьшить массу рычага такого захвата на 42%. При этом прочность нового решения увеличилась на 15%, а жесткость возросла на 49%.
Ключевые слова: топологическая оптимизация, конструирование, грузовой захват, конечноэлементный анализ..

Gnezdilov S.G.
Application of topology optimization in the design of elements of load handling devices
The article provides guidelines for the implementation of conceptual topology optimization. By «conceptual» is meant optimization, the result of which is not a specific design solution, but a rational topology – a structure that best transmits the given force flows. In accordance with the above recommendations, it is proposed to carry out optimization in the following sequence: determining the object of study, searching for points of application of external forces to the object and substantiating (if necessary) their most rational relative location, determining the nature of external forces at the points of their application, applying connections, taking into account other factors and analysis of the results with their possible refinement. Particular attention is paid to the issue of constructing a loading diagram for topology optimization, which, in the author’s opinion, largely determines the success of solving the problem. A correctly prepared loading diagram should take into account all the most unfavorable combinations of loads. Recommendations on the most rational construction of loading diagrams are given. The recommendations given in the article are tested on a practical example, which considers the procedure for optimizing the load grip lever. Such a grip has a complex nature of loading, and therefore its most rational structure is not obvious. Therefore, in order to search for a rational design of its elements, it is advisable to use conceptual topology optimization.
Optimization made it possible to reduce the mass of the lever of such a grip by 42%. At the same time, the strength of the new solution increased by 15%, and the stiffness increased by 49%.
Key words: topology optimization, construction design, load grip, finite element analysis..

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.