脐带缆截面填充构件拓扑优化轻量化设计

作     者：毛彦东 杨志勋 阎军 王立夫 史冬岩 MAO Yandong;YANG Zhixun;YAN Jun;WANG Lifu;SHI Dongyan

作者机构：哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 大连理工大学工业设备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023 

出 版 物：《哈尔滨工程大学学报》 (Journal of Harbin Engineering University)

年 卷 期：2022年第43卷第3期

页      面：421-428页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52001088,51875112,51679056,U1906233) 国家重点研发计划(2017YFC0307203) 山东省重大科技创新工程项目(2019JZZY010801) 中央高校基本科研业务费专项(3072020C F0703) 工业装备结构分析国家重点实验室开发基金项目(GZ20105) 

主　　题：脐带缆 填充 拓扑优化 有限元方法 截面 刚度 强度 轻量化 

摘      要：为了实现填充构件的轻质减重,同时保证填充减重后脐带缆具有足够的刚度与强度,本文选取4种典型截面形状的填充构件进行拓扑优化设计。基于传统密实填充空间定义设计变量,以柔度最小化为优化目标,在强度约束的条件下构建优化模型。同时,建立不同填充形式的脐带缆截面数值模型,以脐带缆的截面径向变形、关键构件应力和构件间接触压力作为评价指标,通过有限元分析对拓扑优化结果进行验证。结果表明:对于案例所选脐带缆,优化后的填充构件在满足脐带缆上述力学性能的前提下总质量减轻14%,为脐带缆结构工程设计提供了有益的参考。