基于拓扑优化的扇贝脱壳机结构设计

以扇贝脱壳机为分析对象,运用拓扑优化实现轻量化设计目标。在ANSYS Workbench中针对脱壳机实际载荷工况,进行强度、刚度分析,获得相应应力和变形分布云图,确定结构优化区域。基于仿真分析结果,为保证优化后的脱壳机强度、刚度仍能满足实际工况,应用变密度法进行拓扑优化设计。对优化后的脱壳机重新进行强度、刚度分析,分析结果表明,最大应力和变形均满足实际载荷要求。与原方案相比,优化后的质量减少了160.3 kg,降低12.5%。在实现轻量化目标的同时,仿真结果验证了拓扑优化方法的可行性。

基于有限元法的扇贝脱壳机动力学分析

脱壳是扇贝深加工的第一步也是至关重要的一步,但目前呈现出机械化水平低的现状,为解决当前面临的问题,设计了一种扇贝脱壳机。利用SolidWorks建立扇贝脱壳机的三维模型;通过有限元分析软件ANSYS对脱壳机进行动力学分析,包括模态分析、谐响应分析和瞬态分析。通过模态分析得到前8阶固有频率和振型,避免脱壳机发生共振;对脱壳机进行谐响应分析和瞬态动力学分析,得到在冲击载荷下脱壳机随频率和时间变化的振动幅值响应,进而得出脱壳机可以抵抗振动冲击下的载荷。整个动力学仿真分析结果表明,脱壳机安全可靠,符合刚度设计要求。

扇贝脱壳机特征值屈曲特性分析及优化

为实现扇贝脱壳机轻量化设计,课题组运用ANSYS Workbench 18.0对其进行屈曲特性分析,仿真分析得到屈曲特征值和振型图,确定脱壳机发生失稳时的临界应力值及屈曲发生的位置;在此基础上,基于变密度法优化准则进行拓扑优化,将优化前后的屈曲特性进行对比。拓扑优化结果显示:优化后结构整体减轻了12.5%,最大变形量基本保持一致。该研究在保证结构满足正常工况要求的同时,达到扇贝脱壳机轻量化要求。