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激光切割机横梁多工况多目标动力学拓扑优化

张宇 林毓培 舒雷 董俊红

张宇, 林毓培, 舒雷, 董俊红. 激光切割机横梁多工况多目标动力学拓扑优化[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 65-70. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.010
引用本文: 张宇, 林毓培, 舒雷, 董俊红. 激光切割机横梁多工况多目标动力学拓扑优化[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 65-70. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.010
ZHANG Yu, LIN Yupei, SHU Lei, DONG Junhong. Multi-conditions and multi-objective dynamic topology optimization of laser cutting machine beam[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 65-70. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.010
Citation: ZHANG Yu, LIN Yupei, SHU Lei, DONG Junhong. Multi-conditions and multi-objective dynamic topology optimization of laser cutting machine beam[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 65-70. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.010

激光切割机横梁多工况多目标动力学拓扑优化

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.010
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFB1306604)
详细信息
    作者简介:

    张宇,男,1985年生,硕士,工程师,讲师,研究方向为振动与噪声控制,在中文核心及以上期刊发表学术论文10余篇。E-mail:yzhang1068@163.com

    通讯作者:

    张宇,男,1985年生,硕士,工程师,讲师,研究方向为振动与噪声控制,在中文核心及以上期刊发表学术论文10余篇。E-mail:yzhang1068@163.com

  • 中图分类号: TH122

Multi-conditions and multi-objective dynamic topology optimization of laser cutting machine beam

  • 摘要: 首先,以激光切割机伺服电机为振动激励源、激光头振动响应为加工精度评价参数,建立了振动系统仿真模型。接着,采用原点动刚度和振动传递函数评价方法,计算了多工况下激光头振动响应。然后,提出了一种多工况多目标动力学拓扑优化方法,在控制质量的前提下优化了横梁减重孔分布。最后,通过对比分析原横梁结构、横梁无减重孔和优化减重孔3种模型在多工况下的激光头振动响应获知:采用该多工况多目标动力学拓扑优化方法可合理优化横梁减重孔分布,是减小激光头振动响应、提高加工精度的一种有效措施。上述研究成果不但可为激光切割机频域动态力学性能分析提供参考,而且可为伺服电机与激光切割机结构性能匹配设计提供指导,具有良好的工程应用价值。

     

  • 图  1  激光切割机机体结构

    图  2  激光切割机CAE模型局部

    图  3  激光切割机整体CAE模型

    图  4  激光头电机总成A原点动刚度分析

    图  5  电机B-激光头VTF分析

    图  6  电机C-激光头VTF分析

    图  7  电机D-激光头VTF分析

    图  8  横梁原减重孔分布

    图  9  横梁拓扑优化密度云图

    图  10  横梁优化结构减重孔分布

    图  11  多工况性能对比分析

    表  1  激光切割机动力学优化工况列表

    工况名称激励源激励方向激光头响应方向
    工况1电机总成AXX
    工况2电机总成AYX
    工况3电机总成AZZ
    工况4伺服电机BXY
    工况5伺服电机CZZ
    工况6伺服电机DZX
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    表  2  3种激光切割机模型低阶模态固有频率

    模态阶次模态固有频率/Hz
    模型一模型二模型三
    181.588.186.1
    288.395.193.4
    3109.6113.7111.2
    4149.7159.8154.9
    5157.9166.9161.7
    6169.8175.0171.9
    7183.8188.0185.0
    8187.0191.2188.3
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-06
  • 录用日期:  2022-08-11
  • 网络出版日期:  2022-10-28

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