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.