应用CAD／CAE系统建立XH786A立式加工中心的整机模型，并进行动态分析。找出机床薄弱环节，利用优化软件HyperMesh对薄弱环节进行优化设计，得到优化结果和优化前相比较，表明拓扑优化结果具有理论指导意义，为后续详细的设计提供理论依据。

研究用于结构拓扑优化的基于材料添加策略的进化算法（AESO方法）。基于进化算法的思想，利用单元材料相对密度的变化描述材料的添加（从0到1）或删除（从1到0）。当某些单元满足进化准则时，单元的相对密度进行0—1变化。研究发现．基于一步变化策略的AESO方法往往不能获得正确的拓扑形式，其原因可能是，进化后的响应量是基于密度为0或很小时的敏度经线性近似获得的，与实际相差很大。这种敏度的计算误差问题在ESO、BESO等硬杀算法中都存在。本文提出将进化过程分成多步，以软杀的思想进行硬杀优化，即使材料密度逐渐由0变化到1，实现材料的逐步添加。基于该策略，提出了渐进密度AESO方法．并比较分析了这种逐步添加的做法对结果的影响。算例验证了该方法的正确性和有效性。渐进密度AESO方法为双向进化算法（BESO）提供了有效的进...

针对连续体结构拓扑优化设计变密度方法SIMP和RAMP，因惩罚函数选取的不合理而导致拓扑结构形式不甚合理的问题．本文提出了一种新的惩罚函数，并基于此函数导出了相应的迭代设计公式，几个典型考题的数值结果，说明了方法的可行性和有效性。

液压阀块是液压系统中重要的组成部分,传统液压阀块采用车铣、钻、镗的方式制造,导致其内部流道有较多直角弯和工艺孔封闭容腔结构,严重影响油液流动性能。基于增材制造技术所提供的新型设计空间,采用B样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计,并对液压流道进行了计算流体动力学分析,以确定压降最小的最优流道结构。通过对液压阀块拓扑优化进行减重,根据拓扑优化结果,采用选区激光熔融的方式,完成了液压阀块的打印。相比原始液压流道,经过优化后的液压流道的压力损失减少31.4%;与原始阀块相比经过拓扑优化并通过SLM制造的液压阀块减重33.9%。因此本文采用的流道优化和阀块轻量化方法为液压阀块内部流道性能提升和阀块整体轻量化设计提供了新的参考。

以多自由度多关节凿岩台车钻臂为研究对象,基于凿岩台车液压三角支撑以及万向回转结构,对组成钻臂的主要构件进行参数化三维建模,并利用UG软件自带的间隙检查功能检查模型的干涉情况,确保模型不会发生干涉。根据凿岩台车钻臂实际作业条件,分别对钻臂底座和推进梁托架尺寸进行优化以及拓扑优化,使其在满足强度的要求下减轻钻臂重量,并在减少功耗的同时保持更好的稳定性。

用传统方法对液压支架顶梁结构进行设计时,存在结构冗余现象,会增加材料成本和加工成本。基于拓扑优化技术并利用Hyperworks软件对顶梁开展结构优化改进工作,设置载荷时考虑的是偏载荷特殊工况条件。结果发现,位于中间区域的3根横筋板单元密度只有0.01~0.02,说明横筋板基本不重要,可以直接去除。对优化后的顶梁进行受力分析,其最大应力为541.2MPa,低于材料的屈服强度550MPa,说明顶梁强度能满足实际使用要求。此次对顶梁结构的优化改进,降低了结构件的材料成本和人工成本,取得了一定的社会效益和经济效益。

针对国家“双碳”政策和斜轴式轴向柱塞马达轻量化的需求问题,以柱塞马达的壳体为研究对象,从材料和结构方面出发,提出了一种结合动态特性分析、强度分析、拓扑优化等的柱塞马达壳体轻量化设计方法。首先,利用AMESim对斜轴式轴向柱塞马达进行了动态特性分析,获取了斜轴式轴向柱塞马达的内部压力载荷激励,并将其作为马达壳体受力分析的边界条件;然后,选取铝合金ZL205A作为壳体的轻质材料,应用ABAQUS对轻质材料的壳体进行了强度分析,并验证了其可行性;利用ABAQUS的TOSCA优化模块,对壳体进行了无参拓扑优化分析;最后,根据优化迭代的最佳材料分布图,对模型进行了结构改进,并对其进行了强度分析验证。研究结果表明:在满足马达壳体结构设计要求的情况下,马达壳体质量由9.07 kg降低至3.38 kg,马达壳体质量相比优化前减小了62.7%;通过优化前后的结果对...

针对传统柔性并联定位机构定位精度低,无法满足高精度定位要求的问题,提出分布柔度式柔顺机构。基于传统并联机构为设计原型,采用拓扑优化理论对空间定位机构进行拓扑优化设计,以得到空间分布柔度式柔顺机构,首先,以3-RPC传统并联机构为研究对象,建立微运动矢量映射关系。然后,建立3-RPC分布柔度式柔顺机构的材料插值模型,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,并建立其拟合修正后的三维模型。最后,通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析,并对3-RPC分布柔度式柔顺机构实体模型进行试验研究。结果表明：与同构型的柔性并联机构相比,空间分布柔度式柔顺机构具有相同的微动特性,定位精度高,误差在允许范围内,进而验证了空间分布柔度式柔顺机构的拓扑优化设计方法的有效性,为空间分布柔度式柔顺机构优化设计提供了新思...

集成式全柔性并联定位机构具有无摩擦和高稳定性的优点,但其结构设计相对复杂,定位精度低,在一些超精密定位领域无法达到定位要求。基于同构性的集成式全柔性并联定位机构,引入拓扑优化设计理论,设计出与同构性集成式全柔性并联定位机构运动特性一致的3-RPC型全柔顺并联定位机构。首先,以3-RPC并联定位机构为研究对象,通过微位移法求解出其输入输出间的映射关系。然后,建立3-RPC集成式全柔性并联定位机构和3-RPC全柔顺并联定位机构三维模型。最后,通过有限元软件对两种定位机构进行静、动力学分析。结果表明：3-RPC全柔顺并联定位机构在定位精度和抗振性均优于同构性的集成式全柔性并联定位机构。

四立柱液压机下横梁为箱型结构，通常采用经验和类比进行设计，结构合理性有待验证，而使用拓扑优化方法可以在结构初期设计阶段就找到材料的最优分布。使用变密度法拓扑优化理论，基于SIMP密度材料插值模型建立柔顺度最小体积约束数学模型，通过灵敏度过滤来抑制数值不稳定现象，使用OC准则迭代求解下横梁优化结果，确定最优传力路径，最后通过模型重建设计出全新四立柱液压机下横梁概念模型，并在有限元软件中验证该结构的可行性。此研究对四立柱液压机下横梁设计具有一定的指导意义。