面向增材制造的機(jī)械結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法研究.pdf

1、增材制造(AM)技術(shù)作為第三次科技革命的顯著成果正在逐漸改變著當(dāng)今世界的成產(chǎn)生活方式。但是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)使用增材制造的方式來進(jìn)行加工制造并不能完全發(fā)揮出增材制造的優(yōu)勢，因此很多人提出了面向增材制造的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　面向增材制造的設(shè)計(Design for Additive Manufacturing簡稱為DFAM)是當(dāng)前增材制造研究中一個重要問題，這對增材制造產(chǎn)品的整個生命周期和制造的經(jīng)濟(jì)性來說必不可少。本文在此基礎(chǔ)之提出了面向增

2、材制造結(jié)構(gòu)輕量化的方法并結(jié)合相應(yīng)的具體實例驗證了其可行性。
　　在拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)上，本文通過分析拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的理論同時結(jié)合增材制造所獨有的制造優(yōu)勢，表明二者相互結(jié)合能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，同時引入油路塊的實例，從多物理場耦合的角度對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量化的設(shè)計并將優(yōu)化后結(jié)果直接轉(zhuǎn)成STL文件進(jìn)行切片打印以驗證優(yōu)化可行性。經(jīng)過優(yōu)化使得油路塊在應(yīng)力變化不大的條件下減重55％，整個過程減少了產(chǎn)品設(shè)計的生命周期同時也可以做到產(chǎn)品更輕，具有很

3、大的積極意義。
　　在多孔網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計上，本文提出的基于應(yīng)力的變單一參數(shù)非均勻網(wǎng)格參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。該方法的主要核心就是體的離散化思想，根據(jù)設(shè)計空間單元應(yīng)力的分布將設(shè)計空間結(jié)構(gòu)劃分為不同的體，根據(jù)不同的體的應(yīng)力范圍填充進(jìn)入與之相對應(yīng)的晶格結(jié)構(gòu)，填充完畢將離散化的體整和為一個整體。本方法能夠減少計算量同時可以使結(jié)構(gòu)做到更優(yōu)。同時以蜂窩結(jié)構(gòu)為基本優(yōu)化算例本文給出了具體的優(yōu)化設(shè)計步驟，優(yōu)化結(jié)果相比于原來傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)能夠做到在最大應(yīng)力變

4、化不大的條件下質(zhì)量更輕。為了進(jìn)一步驗證該優(yōu)化方法的可行性選取了實際生活中的履帶機(jī)器人前擺臂支撐板為典型零部件，并與拓?fù)鋬?yōu)化的方法對比，使用該方法對其進(jìn)行輕量化的設(shè)計使得整體在最大應(yīng)力變化不大情況下減重42.3％。
　　拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，對于增材制造來說，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在增材制造零部件輕量化上具有很大的應(yīng)用前景，但是優(yōu)化后的某些結(jié)構(gòu)存在著大斜度懸伸結(jié)構(gòu)只有在添加支撐結(jié)構(gòu)的條件下才能制造成型但仍然存在著不同分層