如何建立拓扑优化模型??     登高车出租, 登高车租赁, 登高车多少钱   根据优化原理和用途的不同，现代结构优化设计方法主要有尺寸优化、形状优化、材料优化和拓扑优化。尺寸优化主要是对结构的设计参数进行优化，从而得到最优的设计参数；形状优化是对结构外形进行优化，从而达到最优的设计方案；材料优化是对结构的材料进行优化，从而选择符合设计要求的材料；拓扑优化是对结构的材料、结构布局等进行优化。目前，常用的结构优化研究方法主要有三种，分别为变厚度法、均匀化法、变密度法等三种方法。（1）变厚度法：是利用有限元法将薄板、壳单元等结构划分为有限个单元，选取单元厚度作为设计变量（假设单元厚度均匀），并对模型进行拓扑优化的过程。（2）均匀化法：在需要优化的结构材料中引入单胞（微结构），把设计变量选取为结构尺寸，通过改变单胞结构尺寸来改变模型结构以及尺寸，从而模型结构得到优化的过程。（3）变密度法：均匀化法是变密度法的基础，也是有限元优化分析模块的基础。变密度法是引入一种假象，假设一种密度可变的材料，并将每个单元的密度认为是相同的，以密度为设计变量，把模型结构的优化问题转化为密度分布问题来解决。建立优化模型、选择优化方法和选择合适的优化算法是进行结构优化的前提和基础。选择的优化算法不同，优化结果和计算精度也就不同，选择合适的算法可以使计算快速收敛并提高计算精度，从而使计算结果更可靠。查阅文献可知，常用的优化算法有四种，分别为遗传算法、数学规划法、优化准则算法、拉格朗日乘子法等四种优化算法。

     本章主要利用拓扑优化方法对梯架结构进行优化和分析，首先要建立合理的拓扑优化模型。优化模型利用三维软件UG进行建立，然后导入到ANSYSWorkbench优化模块中，模型的载荷添加、网格划分以及约束等与前文相同。 本文对梯架结构的拓扑优化的优化方法选择变密度法，优化算法选择拉格朗日乘子法。ANSYSWorkbench对梯架结构进行优化时需要设定设计变量、约束条件、目标函数等前提条件。进行优化之前应先设定设计变量，这里选定为弦杆截面尺寸，对于梯架结构中静力学、动力学分析中的关键部位（如踏杆、上下弦杆等）作为重点优化的部位，第一节梯架结构比较复杂，与其连接的支架前段与两个变幅油缸连接，后端与转台铰接，整个结构比较复杂，受力也比较复杂，因此这部分结构暂时设定为非优化部位。根据前文的叙述，把优化的约束条件选定为梯架结构材料70钢的屈服强度，目标函数设置为保留材料的百分比。设置的保留材料的百分比对Workbench优化的精确度有很大的影响，设置保留材料的百分比比较大时拓扑优化的效果不明显，反之，百分比过小时可能导致优化过程无法收敛，达不到优化目标。因此尺寸的保留材料的百分比采用优化模块默认值80%来计算。

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      优化过程及结果显示根据前文的叙述，在把梯架结构模型导入ANSYSWorkbench优化模块中并设梯架结构拓扑优化置好优化参数，开始计算并得到优化结果。梯架结构优化图，其中红色部位为移除（Remove）部分，褐色为边界（Marginal）部分，剩下的灰色部分表示保留（Keep）部分。 根据梯架结构优化结果图可以看出，在保证梯架结构力学性能的前提下，以保留梯架结构材料的80%进行拓扑优化，优化结果中主要的移除部位大多集中在每节梯架底部踏杆上，因此每节梯架的踏杆截面尺寸是本章进行优化分析的重点。

      优化方案确定, 根据对梯架结构的静力学分析、动力学分析以及拓扑优化分析，对登高车梯架结构进行如下优化：（1）梯架结构分别位于最危险工况和极限工况时，对两种工况分别进行静力学分析，结果显示梯架应力较大区域出现在各节梯架的上弦杆上，但应力值不大，梯架结构比较安全，可以对其进行轻量化优化。梯架结构的最大位移出现在梯架的最前端工作斗处，结构受力明显，容易发生疲劳。梯架的踏杆结构是传统的单踏杆结构，在实际救援当中由于消防员的紧张等原因可能出现踏空的危险，各节梯架的踏杆结构有优化的空间。

    （2）对梯架进行模态分析和冲击载荷分析可以看出，登高车梯架结构的前六阶模态的固有频率比较小，若受到外界激励作用时很容易就发生共振，对梯架结构造成破坏。

     （3）以保留梯架材料的80%为约束条件、弦杆尺寸为优化对象对梯架结构进行拓扑优化，经过计算可以得到优化结果，梯架结构的移除区域主要集中在各节梯架的踏杆上，另外，护栏、下弦杆等区域也有少量的优化显示。登高车梯架结构都是对称结构，梯架受到外界载荷的作用时整体受力比较均匀，可以防止局部变形过大，为了提高整个结构的安全性，对梯架踏杆部分的优化也采用对称优化结构。因此，为了比较合理的优化梯架结构的踏杆结构，现在设计出三种对称结构优化方案，并比较三种结构之间的力学性能，作为下一步梯架踏杆的优化结构。  梯架踏杆结构的三种优化方案（图中未画出护栏结构）方案1中是在相邻两个踏杆之间焊接去“八”字型的斜撑；方案2是在相邻踏杆之间焊接一个圆弧形的支持结构；方案3是在踏杆之间焊接两根加强杆并在其相邻的踏杆剪焊接一个加强杆，依次循环。在增加的加强结构中所用材料以及截面积都相同，只是在长度上不同。为了对比分析哪种优化结构的力学性能更优秀，需要对三种方案进行力学分析，主要方法是把三种优化结构的模型导入有限元ANSYSWorkbench中，施加载荷、网格划分以及约束等都相同，来分析三种方案的应力情况。 三种优化方案结构的最大应力分别为119.05Mpa、159.06Mpa，139.88Mpa；方案1的应力最小，方案2的应力最大。从安全的角度来考虑方案1的优化结构更适合应用在登高车的梯架结构中。根据上述分析并结合梯架结构各个部分的实际尺寸，从轻量化、安全性以及综合性能的角度出发，在保证整个梯架结构力学性能的前提下，提出将传统的单踏杆结构优化为方案1中的结构。

      

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