高速微切削应变式测力仪的结构拓扑优化设计 - 江苏科技大学学报.pdfVIP

第３０卷第３期 江苏科技大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ３０ Ｎｏ３ 　 ２０１６年６月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　 Ｊｕｎ．２０１６ 　　　　　　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１６．０３．００９ 高速微切削应变式测力仪的结构拓扑优化设计 王明强，王国良，刘志强 （江苏科技大学 机械工程学院，江苏　镇江　２１２００３） 摘　要：测力仪的弹性体结构为应变式测力仪的基体结构，影响整个测力仪的测量精度．为了对高速微切削测力仪弹性体 结构优化，采用多目标拓扑优化方法，在保证刚度和特定体积分数情况下，以固有频率最大和弹性体特定位置应力集中为 主要目标函数．最后通过ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ软件的Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ模块实现了弹性体初始模型的拓扑优化．优化结果表明：利用多目标 函数拓扑优化方法进行测力仪弹性体结构优化设计合理可行，可以为同类测力仪结构设计提供必要参考． 关键词：测力仪；弹性体；拓扑优化；ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ；Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ；应力集中；固有频率 中图分类号：ＴＨ１２２　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　文章编号：１６７３－４８０７（２０１６）０３－０２４９－０５ Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｉｃｒｏ ｃｕｔｔｉｎｇｓｔｒａｉｎｏｆｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｓ ＷＡＮＧＭｉｎｇｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＧｕｏｌｉａｎｇ，ＬＩＵＺｈｉｑｉａｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｏｆｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｉｓａｓｔｒａｉｎｔｙｐｅｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｍａｔｒｉｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｉｃｒｏｃｕｔｔｉｎｇｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｅｌａｓｔｏｍｅｒｓｔｒｕｃ ｔｕｒｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉｏｂｊｅｃｔｉｖｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｅｌａｓｔｏｍｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎ ｔｒａｔｉｏｎｉｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＯｐｔｉｓｔｒｕｃｔｍｏｄｕｌｅｏｆｓｏｆｔｗａｒｅＨｙｐｅｒ Ｗｏｒｋｓ，ｗｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｎｉｔｉａｌｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｉｔｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｏｕｓｅｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒｅｌａｓ ｔｏｍｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａ ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ，ｅｌａｓｔｏｍｅｒ，ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ，Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ，ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｎａｔ ｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ［１］ 　　随着机械、航空航天、材料、医学、汽车制造等