Топологическая оптимизация детали "Серьга"

Последние десятилетия активного развития компьютерных технологий и программного обеспечения, к примеру системы автоматизированного проектирования (САПР), инновационные машиностроительные предприятия уменьшают вес и трудоемкость изготовления деталей, а также поднимают надежность и качество своих изделий. Учитывая различные требования спроса потребителей, передовые компании при проектировании используют технологию топологической оптимизации. Популярность данного метода для эффективного проектирования изделий быстро растет благодаря непрерывно увеличивающимся вычислительной мощности компьютеров и возможностям программ. В настоящее время некоторые программы имеют модуль топологической оптимизации, который позволяет проектировать модель изделия с нуля, указав лишь параметры рабочих поверхностей детали. С помощью этого модуля также можно оптимизировать конструкцию, снизив вес исходного тела в рамках граничных условий (при этом сохранить деформацию, прочность исходной детали и т. д.). На выходе чаще всего образуется сложная объемная конструкция. В настоящем исследовании на примере детали «Серьга» топологическая оптимизация применялась для решения следующей задачи: при сохранении прочностных характеристик уменьшить массу изделия относительно прототипа и после проведения проверочного расчета выполнить анализ проделанной работы, дав оценку данной методике.

Topological optimization of the “Earring” element

In recent decades, computer technologies and software such as computer-aided design (CAD) have been actively developing. Thanks to this, modern machine-building enterprises increase the reliability and quality of their products while reducing their weight and complexity of manufacturing. In order to meet numerous requirements, leading companies are increasingly using topological optimization tools at various design stages. The use of this method for effective product design is growing rapidly, due to the continuously increasing computing power of computers and software capabilities. Modern software for topological optimization allows to design the shape of the part from scratch, setting only the conditions for fixing and touching surfaces, and also allows to improve existing structures by reducing their weight based on the set restrictions (equal strength with the original part, equal deformation, preservation of natural frequency, etc.). However, the result of topological optimization is often a complex spatial structure. Using the example of the “Earring” element, a topological optimization of the structure was performed to ensure that the strength requirements were met and that the minimum mass was obtained. As a result of optimization, the design of a reduced weight compared to the prototype is obtained. The results of the verification calculation showed the sufficiency of the values of the strength reserves of the final design of the “Earring”.