基于拓扑优化和3D打印的支架轻量化设计

成畅 邱华飞 马常亮 张佳伟

摘要：基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支架的轻量化设计。首先通过逆向工程，建立起支架三维模型。然后以最小化质量为设计目标，以的最大Von-mises应力和孔处最大位移为约束，采用变密度法完成支架的轻量化设计。结果表明：在满足所有约束条件下，优化后的支架质量降低了40%。

1.引言

逆向工程与拓扑优化设计技术为机械设计、零件制造等行业提供一种快捷、便利、新型的设计成型方法，对提高零件的设计效率，缩短研发周期具有重要的借鉴和参考价值。为在拓扑优化方法研究方面，周成丞[1]等人提出了一种联合拓扑优化和形状优化的两级优化设计方法，并用于直升机旋翼桨叶结构设计。庄海涛[2]等人对某转向节进行局部形状与尺寸优化。魏春梅[3]等人采用变密度法对传动轴进行拓扑优化。在轻量化设计方面，华逢志[4]等人从轻量化材料和结构优化两个方面对某SUV车型盘式制动器钳体进行轻量化设计。李纪雄[5]等人利用拓扑优化方法得到了赛车制动踏板的轻量化结构。付远[6]等人采用拓扑优化设计及金属打印成型相结合的手段对支撑架底座进行结构轻量化设计。在结构强度设计方面，张琼[7]等人基于拓扑优化设计技术解决了某履带车车身区域强度不足的问题。毕政[8]等人对车辆底部防护组件进行拓扑优化设计。本文以汽车支架为研究对象，基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支架的轻量化设计。……