重型轧机联轴器圆角应力集中引流拓扑优化

圆角应力集中是重型装备频繁开裂的一个重要原因。基于应力引流思想,以轧机联轴器为对象,通过拓扑优化技术解决其圆角应力集中问题。建立了联轴器的三维有限元模型,并对其进行了应力分析,表明应力最大部位集中在槽口根部的3个圆角交汇处。对此,根据应力引流思想,将滑块安装槽圆角及内圆柱面定义为优化设计区域,其他部分为非设计区域,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的最大应力作为约束条件,对叉头圆角进行拓扑优化,得到一个近似槽状的拓扑结构。根据拓扑优化的结果对圆角进行了重新设计以及对比分析。结果表明:优化后圆角交汇处最大应力减少了约100 MPa,降幅达20%,说明应力引流对于改善圆角应力集中效果明显。