По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 337.36 DOI:10.33920/pro-2-2301-07

Топологическая оптимизация по критерию минимальной массы

Беляев В. С. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, e-mail: belyaevvs@student.bmstu.ru
Лучков Н. М. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, e-mail: lnm17t088@student.bmstu.ru
Смирнов А. В. канд. техн. наук, доцент, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, e-mail: a.v.smirnov@bmstu.ru

В данной статье авторами была проведена топология оптимизации полуоси переднего ведущего моста УРАЛ-4320 по критерию минимальной массы. Расчеты позволяют уменьшить массу детали с подходящими прочностными характеристиками, при этом применяя новую технологическую оснастку, новый инструмент и оборудование для производства данной детали. При получившихся результатах ввод в производство новой оптимизированной детали не приведет к дополнительным затратам, но при этом уменьшит массу всего автомобиля, что в свою очередь скажется на его проходимости, скорости, а также потреблении топлива.

Литература:

1. Башин, К. А., Торсунов, Р. А., Семёнов, С.В. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющихся в аэрокосмической отрасли // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. — 2017. — № 51.

2. Темис, Ю. М., Якушев, Д.А. Оптимизация конструкции деталей и узлов ГТД // Вестник СГАУ. — 2011. — №3–1. — С. 183–188.

3. Козик, А. М., Гуж, Т. С., Ильичёв В. А. Современные тенденции в вопросе оптимизации металлических конструкций // Молодежн. научн. форум: техн. и матем. науки. — 2017. — Февраль. — №2 (42). — C. 51–57.

4. Кротких, А. А., Максимов, П.В. Исследование и модификация метода топологической оптимизации SIMP // Междунар. научн.-исслед. журнал. — 2016. — № 01 (55). — C. 91–94.

5. Шевцов, С. Н. Методы оптимизации конструкций. Раздел курса «САЕ-системы в авиастроении». — 2010.

6. Моделирование оптимальной топологии деталей устройств / Гнездилов С. Г. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017.

7. Пряхин, Е. И., Вологжанина, С. А., Петкова, А. П., Гонзуленко, О.Ю. Наноматериалы и нанотехнологии / Под редакцией Е.И. Пряхина. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2002. — 372 с.: илл. — Текст: непосредственный.

8. Рэдвуд, Б., Шофер, Ф., Гаррэт, Б. 3D-печать: практическое руководство.

9. Устройство военной автомобильной техники: учебное пособие. Ш40 / Е. А. Шекунов и др. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. — 314 с.: илл.

10. Руководство по эксплуатации 4320–3902036 РЭ (издание первое, перераб.). — Миасс, 2014.

11. Проектирование полноприводных колесных машин: учебник для вузов. П79, в 3 т. Т. 2 / Б.А. Афанасьев, Л. Ф. Жеглов, В.Н. Зузов и др.; под ред. А.А. Полунгяна. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. — 528 с.: илл.

12. Обзор софта для топологической оптимизации и бионического дизайна // Top 3D Shop — 2018. URL: https://habr. com/ru/company/top3dshop/blog/ 411999/ (дата обращения: 18.10.2022).

В современном мире каждая машина играет существенную роль и выполняет множество различных функций и действий. Соответственно через определенное время машины подвергаются плановому ремонту и техническому обслуживанию, поэтому необходимо постоянно улучшать машины и их детали, конструкции и решать множество других проблем, которые возникают у пользователей.

Снижение массы и увеличение удельной прочности конструкции, используемой в военной отрасли, — одни из важнейших задач, которые стоят сегодня перед многими военными инженерами и конструкторами. Решение данных проблем напрямую связано с задачей поиска оптимальных геометрических параметров проектируемого изделия. В настоящее время для решения этой задачи используются методы топологической оптимизации.

Для деталей, применяющихся в военной отрасли, основными задачами топологической оптимизации (ТО) являются как минимизация объема/массы при прочностных ограничениях, так и оптимизация других параметров с ограничениями по объему.

В данной статье рассматривается деталь «Полуось переднего ведущего моста УРАЛ-4320». Данная деталь в ходе эксплуатации испытывает высокие динамические нагрузки при больших перепадах температур, соответственно к детали предъявляются высокие требования при эксплуатации и обслуживании.

Так как деталь является частью военной техники, то, соответственно, перед нами стоит задача уменьшения веса детали для экономии материла при ее изготовлении и уменьшения веса военной техники. Для деталей, применяющихся в военно-промышленной отрасли, основными задачами топологической оптимизации могут являться как минимизация массы при прочностных ограничениях, так и оптимизация других параметров с ограничениями по объему.

В настоящее время известны следующие основные методы ТО: SIMP (твердый изотропный материал с пенализацией), ESO (эволюционная структурная оптимизация) и LevelSet (метод установления уровня) и их различные комбинации. Данные методы имеют особенности, но в то же время тесно связаны между собой.

Для Цитирования:
Беляев В. С., Лучков Н. М., Смирнов А. В., Топологическая оптимизация по критерию минимальной массы. Главный механик. 2023;1.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: