基于拓扑优化技术的轮毂结构轻量化设计实例分析

拓扑优化实例-轮毂的优化

ANSYS Workbench的新版本集成了topology optimization模块，为用户的拓扑优化提供的很好的应用。

通过拓扑优化topology optimization模块的使用可以对拓扑有较好的理解，该模块拓扑优化可以简单概括为一句话：如何在合适的位置去除确定的材料使用量，而相应的刚度变化影响最小。

本例以汽车轮毂为例，来确定轮毂的辐条形状。

1.建立模型

DM中可以建立1/5的轮毂模型，建立一个简单的三角形，由于优化主要是去除材料，故一般建立实体模型，如图所示

2.划分网格

该模型划分简单，直接划分成为相应的六面体，最好设置为单层网格，否则在厚度方向也会设置相应的优化

3.设置求解

拓扑优化分析需要有结构静力学分析，将结果读取到拓扑优化，进而设定相应的材料去除百分比，进行优化。

该分析先进行静力学分析，采用对称设置，内圆固定，外圆施加载荷1Mpa。静力学结果如果所示

后面设置拓扑优化，主要设置为优化的物体、优化的目标、优化约束，设置材料保留的百分比，计算即可

4. 结果

提取结果，可以查看最后的优化形状

5.将结果提取到spaceclaim，然后整理后重新结算结构来验证结果，扩展显示如下所示，和实际轮毂图片对比可见拓扑相似性很高

另外，网格划分的密度影响结果，边界条件的施加同样影响结果，所以需要综合考虑网格密度，施加受力位置等因素

以下为workbench 的计算源文件，包含三个分析，供参考