[发明专利]一种搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法

权利要求书

1.一种搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：

步骤1：立柱结构的动态优化，获得一组最优设计变量以及目标函数值；

步骤2：立柱结构的载荷和边界条件优化，确定拓扑优化时有限元建模的约束处理，以及确定不同工况下的立柱载荷；

步骤3：立柱结构的拓扑优化分析，先进行立柱有限元建模，建模时根据步骤1中获得的最优设计变量和目标函数值建立外部轮廓，并根据步骤2中确定的约束处理作为有限元建模时的约束处理，建模后对立柱模型进行网格划分，然后对模型施加步骤2中确定的各个工况下的载荷值，并分别进行拓扑优化，得到各个工况下的立柱拓扑优化结构，并对各个工况下的立柱拓扑优化结构进行加权优化分析，得出最后的优化结果；

步骤4：根据步骤3获得立柱结构的拓扑优化分析结果对立柱结构进行合理配置。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤1中，利用软件并采用变密度方法对立柱进行拓扑优化分析，从而获得一组最优设计变量以及目标函数值，且所述变密度方法基于SIMP法材料插值理论，以结构的柔度最小为优化目标的基础上，对材料的密度变量进行更新并代入优化算法中进行迭代计算。

3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤2中，将立柱与底座的导轨滑块副结合部和滚珠丝杠副结合部位置作为拓扑优化时有限元建模的约束处理。

4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤3中，所述导轨滑块和滚珠丝杠螺母座设为非设计域。

5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤2中的工况包括滑鞍滑枕组件位于立柱的上中下三个位置处的受载情况。

6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤4中，根据步骤3分析结果，确定立柱的左、右侧板为主要承载区域，并且立柱上下底面以及后面的材料较少，设计时在立柱左右侧板上布置筋板，在材料较少的部位开孔减轻结构质量。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤4中，立柱侧板上采用呈辐射状筋板。

8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的搅拌摩擦焊机器人立柱结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：采用软件为hypermesh有限元分析软件。