基于ANSYS高效垂直输运装置拓扑优化设计,   登高车出租,  出租登高车, 登高车租赁   有限元法的诞生、数学规划的引入以及电子计算机技术的兴起，促成了结构优化这门新兴学科的蓬勃发展。多年来在大量科学家和工程师的共同努力下，结构优化不但成为结构设计研究的一个重要分支，而且在工程应用中得到了广泛认可。结构优化分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化。经过多年的研究，结构尺寸优化技术已趋于成熟，在工程设计中被广泛使用，已显示出它的巨大优势；形状优化目前仍处于发展阶段，它较尺寸优化更复杂些；进一步的，拓扑优化更加复杂同时也更加具有生命力，被认为是结构优化技术中最具挑战性的方向之一。上一章的研究是基于设计优化模块，对高效垂直输运装置进行优化设计。也就是说，上一章的研究，是从尺寸优化的角度进行优化，其基本形状、拓扑结构依然没能跳出标准传动链的限制，想要进一步降低装置自重，使用尺寸优化的方法依然有一定的上升空间，但是由于原有拓扑结构的限制，其优化空间是有限的；另一方面，传动链设计尺寸的增大，为更加复杂的拓扑结构留下充足的设计空间，而减轻传动链自重对提高装置性能有非常显著影响。将基于ANSYS自带拓扑优化模块（TopologicalOpt），针对高效垂直输运装置载荷情况，计算出更优的拓扑结构，为进一步地减少装置自重，提供研究的方向。

   ANSYS自带拓扑优化的方法和步骤. ANSYS作为一款功能强大的通用CAE软件，较早地提供了模块化的拓扑优化技术。该技术是基于连续体拓扑优化方法中的变密度法，其原理是系统材料发挥最大利用率，同时确保刚度、固有频率等获得极大或极小值，主要用于确定系统的最佳几何形状。不同于尺寸优化设计，ANSYS模块化拓扑优化无需定义具体的设计变量和状态变量，只需给出一些基本结构参数（材料性能、载荷等）和优化比例，通过迭代求解，获得最优的几何拓扑。ANSYSTopologicalOpt主要步骤：（1）结构问题定义；（2）单元类型选取；（3）优化区域和不优化区域声明；（4）荷载工况提取；（5）控制优化过程；（6）查看结果。

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    高效垂直输运装置外链板拓扑优化设计静力分析中可以看出，优化后的模型最大应力为292MPa，除少部分区域应力水平达到130MPa以上外，绝大部分的应力水平处于32.7MPa到97.5MPa之间，远小于材料的许用强度极限，甚至有部分的应力在10MPa以下。可以说高效垂直输运装置传动链模型的拓扑结构上，依然有很大的优化空间。在对外链板进行拓扑优化之前，首先必须要确定拓扑优化的初始模型即优化前的初始结构。而该模型须要符合受力、支撑等特点的同时，尽可能便于优化计算以提高效率。对于外链板的拓扑优化，在确定初始模型时，考虑到本身结构并不复杂，同时本身可以认为是一个厚度均匀的板，为了减少拓扑优化的机时、提高效垂直输运装置优化设计及力学性能分析52高优化效率，这里采用外链板二维板模型作为拓扑优化的初始模型，其尺寸参照第四章优化后的模型，建立外链板四分之一模型。

   单元的选择和网格划分, 根据ANSYS自带拓扑优化模块所提供的可以使用的二维平面单元，这里选用PLANE82单元来建立外链板拓扑优化有限元模型。设定优化区域时，考虑到轴孔处作为接触配合和施加载荷的部分，因此选择轴孔部分的单元作为不优化区域，其他部分作为优化区域。为了能获得比较好的优化结果，采用比较细密的网格划分，控制全局尺寸为0.01，划分得2405个单元，7458个节点。

   施加载荷对于轴与孔接触问题，研究人员普遍认为存在一种法向接触压力作用于接触面上。在工程实际中，关于接触压力工程师通常按正弦规律分布压力载荷。研究了轴孔接触荷载分布情况，使用数学工具利用正弦高斯函数对有限元分析模拟获得的接触压力数值进行数据拟合，得到更为精确的接触压力空间分布函数。在本文在研究外链板拓扑优化时，为了简化拓扑优化计算量，在载荷施加时直接在轴孔处施加一个等效的压力载荷取代原先的通过轴孔配合施加载荷能有效减少计算耗费的机时。为了研究张力作用下外链板孔内壁接触压力分布情况，建立一个简单的轴孔配合有限元模型，模型参数：孔径为0.1548m、孔厚为0.09936m、施加张力1.045269e6N，计算并采集轴孔接触面上各点接触压力值；然后将数据导入Origin软件中进行数据处理，采用三角函数进行数据拟合，拟合方程如下：𝑓𝜃=𝐴1𝑠𝑖𝑛𝐵1𝜃+𝐶1：𝐴1、𝐵1、𝐶1为常数；𝜃为圆周方向角度，取值范围−90°，90°。拟合参数A1、B1、C1分别为0.88304e8、0.01687、1.571；反映了外链板内孔壁上由链条张力引起的接触压力周向的分布情况及拟合曲线。显然，三角函数曲线在轴孔接触区域内能够很好地拟合采集数据，可以认为轴孔接触压力在圆周方向上符合三角函数的分布规律，符合文献中的结论。由于载荷特点对拓扑优化的结果影响很大，将拟合出的接触压力三角函数施加在外链板轴孔内表面上作为等效载荷，一方面能很好的表达外链板所受的载荷情况，另一方面能极大地减少计算规模。

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