HyperWorks的柴油机油底壳拓扑优化设计.docx

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HyperWorks的柴油机油底壳拓扑优化设计 油底壳是柴油机的主要结构噪声辐射部件，也是最具结构减重潜力的关键部件之一。针对某型大功率柴油机，运用特征化实体建模技术，利用HyperWorks-Optistruct软件平台，开展了基于拓扑优化的该柴油机油底壳模态分析和结构改进设计。为有效提高其结构刚度，建立了以结构质量最轻为优化目标、油底壳固有频率提高20%为约束函数的拓扑优化设计模型。优化后的油底壳重量有了明显降低，前5阶固有频率也有了不同程度的提高，实现了移频和减重的结构改进设计目标，并给出了油底壳结构材料的最优分布图。 1概述 油底壳在柴油机运行中除了起到机油散热的作用外，最主要是储存润滑油和密封整个机体的作用。柴油机工作时，油底壳在整机影响下会产生复杂的振动，是噪声的重要来源之一，其辐射噪声占总辐射噪声的25%左右。因此，降低油底壳的振动和噪声是降低内燃机辐射噪声的重要环节。 提高结构刚度是改善结构振动性能的有效措施，通过对结构的固有频率进行掌握和调整，避免与外界激振力频率相等或相近，从而有效地降低结构的动力响应。在工程设计中，往往出现难以对多阶固有频率同时做出合适调整的难题。据此，本文基于美国澳汰尔公司的HyperWorks软件，建立以四周体单元为基本单元的油底壳有限元分析模型，提出了优化频率的动力学设计要求，对前几阶低阶自由模态的固有频率进行掌握和调整。通过分析油底壳前5阶固有频率及振型，利用Optistruct模块对油底壳进行了移频和减重的多目标拓扑优化设计。 2HyperWorks软件及变密度拓扑优化法简介 HyperWorks软件是一种应用广泛的有限元结构分析与优化软件，供应了优秀的前处理工具HyperMesh、用于实现结构优化设计的Optistruct技术以及全面而通用的CAE后处理环境HyperView，集成了设计与分析所需