基于Workbench的装载机动臂拓扑优化分析

在工程机械的机械结构中往往存在材料冗余，造成整机质量偏重，增加能源的损耗，因此进行合理的结构优化是很有必要的。拓扑优化可以在给定的设计区域内对材料进行空间分布优化，使材料得到充分的利用。

在进行机械结构的拓扑优化过程中，常用到的软件有HyperWork中的Optistruct、ANSYS/Workbench等。其优化思路及过程大致相同，本例（装载机动臂）采用Workbench进行仿真分析。

     2.添加边界条件：装载机动臂的多个铰点受力比较复杂，可以通过ADAMS进行动力学分析获得各个铰点的约束情况。本例根据某一工况在各个铰点添加一定的载荷和约束（为简化流程没有进行动力学分析，而进行粗略的加载）。如下图ＡＢ两点为铲斗的连接处，ＣＤ两点为翻转连杆的连接处；ＥＦ两点与油缸杆相连，ＧＨ两点与车架相连。

3.获得应力及变形结果：由以下两图可以得到动臂的最大变形为4.926ｍｍ，最大应力为137.55Mpa（在优化过程中最大应力应小于材料的许用应力，若该动臂采用Q235的钢材，最大应力应小于235MPa/安全系数），整个动臂优化前的总质量为608kg。

4.2设定响应约束：在响应约束中可以设定为质量、体积、全局应力的约束，设置后，系统在计算时会将约束赋予到材料上。本例在计算时按质量的80%进行约束。

4.4计算分析：经过多次迭代后，拓扑优化结果如下：结果中可以看出0.0-0.4为可移除区域；0.4-0.6为临界区域；0.6-1.0为优化过程中需要保留的区域。对比静力学分析结果，移除区域为应力较小的位置，拓扑优化较合理。