[发明专利]适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法

权利要求书

1.一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)建立常平环拓扑优化初始模型，并选定优化区域；

(2)设定常平环材料物性参数、建立边界约束条件，在常平环拓扑优化初始模型上施加受力工况；

(3)对常平环初始模型进行网格划分；

(4)设置优化目标及增材制造工艺约束，对常平环结构进行静力学优化分析；

(5)分析常平环拓扑优化初始模型结构合理性，根据增材制造成形约束及成形方式重构常平环CAD模型；

(6)在腹板位置添加Lattice结构，获得具有点阵结构的常平环优化模型；

(7)建立常平环CAD最终模型并对其进行仿真分析，验证是否符合设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，选定优化区域时，保证常平环拓扑优化初始模型整体轮廓尺寸与现有模型相同，四周轴承孔及沿径向20mm～25mm以内作为非设计优化区域，其余结构作为优化区域。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将常平环用高强不锈钢材料的物性参数输入至轻量化设计软件中，物性参数包括杨氏模量、泊松比、密度、屈服应力；选取常平环零位状态进行结构优化，以常平环拓扑优化初始模型X或Y方向两个轴承孔作为固定约束端，另外两个对称的轴承孔作为受力端，施加相应载荷，载荷为软管分离力与发动机地面推力之差。

4.根据权利要求3所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中，选用10个点的4面体单元进行静力学优化分析，分别设置划分单元网格尺寸为常平环壁厚尺寸的1/3～1/6，在步骤(2)中设定的边界条件及载荷工况下进行仿真分析，对比不同网格单元尺寸划分下应力、位移结果，判断网格收敛性。

5.根据权利要求4所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中，对优化区域设置增材制造可成形悬垂面角度及中心对称约束，成形悬垂面角度设置为35°～45°，分别以减重10％～50％为优化目标进行结构静力学仿真分析，对比所得拓扑优化结构完整性和应力、位移计算数据，选取具有完好传力路径、应力变形最小的拓扑结构。

6.根据权利要求5所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中，对确定的常平环拓扑优化初始模型结构进行分析，利用CAD实体建模、PolyNURBS多边形建模、NURBS曲面建模方式包覆拟合形成常平环三维模型，优化杆粗细、过渡圆角尺寸，完成后对重构常平环模型增材制造成形摆放位置、悬垂区域大小、成形难度进行分析，对过渡部位倒角尺寸进行优化。

7.根据权利要求6所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中，对常平环重新设计优化减重区域，划分出每侧腹板内VonMises应力值小于500MPa的连续区域，提取该区域添加Lattice结构，所用Lattice结构由菱形十二面体胞元组成，八条延伸筋条沿体对角线向外伸出，每根主体筋条与投影面夹角为41°～45°，单个胞元结构杆长3～7mm，杆直径为φ11.0mm～φ12.5mm，Lattice结构按指定方向排列，形成三维空间阵列；将形成的三维空间阵列与常平环模型进行布尔合并，获得具有点阵结构的常平环模型。

8.根据权利要求7所述的一种适用于增材制造成形技术的常平环结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(7)中，将常平环CAD最终模型步骤(2)中设定的边界条件及载荷工况进行静力学分析，计算设计有轻量化结构的应力变形数据，检查是否满足设计要求。