[发明专利]一种搅拌摩擦焊机器人底座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底座结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：

步骤1：确定分析因素，影响底座结构动态特性的因素包括底座内部由筋板、出砂孔构成的筋格单元以及底座的框架；

步骤2：对底座动态优化设计，得到底座拓扑优化后的结构，具体为：在软件中采用全六面体的网格对底座进行网格划分，并定义导轨、滑块、丝杠安装座以及螺栓固定位置为非设计域，其他部分为设计域，采用变密度法，保留单元密度大于0.3的材料部分，最终得到底座的拓扑优化后的结构；

步骤3：在步骤2拓扑优化后的底座结构基础上，进一步优化筋格单元的出砂孔与筋格单元固有频率关系，确定出砂孔的形状、孔径、数量，具体为：选定出砂孔形状为圆孔或方孔，并在软件中进行模态分析比较两种孔型，确定出砂孔形状为圆形，并在软件中进行模态分析确定出砂孔的孔径占到筋格单元边长总长的40％～50％，在筋格单元上开4个或6个出砂孔，且各个出砂孔分别开在筋格单元不同平面上

步骤4：在步骤3基础上，进一步优化筋格单元筋板壁厚、边长与筋格单元固有频率关系，确定筋格单元的筋板壁厚和筋格单元的边长比例关系,具体为：通过在软件中进行模态分析确定筋格单元的整体一阶固有频率随着筋格单元边长的增加而减小，在设计筋格单元的过程中合理增加筋板的厚度；

步骤5：在步骤4基础上，进一步优化底座内的筋格单元密度，确定筋格单元层数以及底座框架尺寸，具体为：通过在软件中进行模态分析确定底座的筋格单元分布有一个最优的密度区间，设计时按所述最优密度区间确定筋格单元层数和间距；

步骤6：对步骤5得出的底座结构最优方案进行验证。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人底座结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤3中优选在筋格单元上开6个出砂孔。

3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人底座结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤4中，筋格单元的筋板壁厚与筋格单元的边长之比优选为5％～10％。

4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊机器人底座结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤5中，设计底座时，底座基频需避开整机的一阶固有频率。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的搅拌摩擦焊机器人底座结构的拓扑优化设计方法，其特征在于：采用软件为hypermesh软件。