4-санға «Автоматтандыру және ақпараттық технологиялар», сондай-ақ «Азық-түлік инженериясы және биотехнология» бағыттары бойынша мақалалар қабылдау жабылды.

Приём статей в четвёртый номер по направлениям «Автоматизация и информационные технологии», а также «Пищевая инженерия и биотехнология» закрыт.

Submissions for the fourth issue in the fields of Automation and Information Technology, as well as Food Engineering and Biotechnology, are now closed.

Preview

Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки

Расширенный поиск

МЕТОД ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МАССОЭФФЕКТИВНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ БАЛОК

https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-31

Аннотация

В данной работе проведено исследование, направленное на снижение массы консольной балки из алюминиевого сплава Ал9 с применением топологической оптимизации (ТО) на основе метода SIMP. Оптимизация выполнялась с использованием программного комплекса APM FEM, что позволило реализовать численное моделирование на современном уровне с учётом особенностей материала. Балка испытывала комбинированное действие сосредоточенной вертикальной силы 4000 Н и продольной растягивающей силы 3000 Н, что позволило смоделировать реальную эксплуатационную нагрузку, близкую к условиям работы конструкций в машиностроении и строительстве. В процессе расчётов удалось снизить массу конструкции на 52 % при сохранении основных прочностных характеристик. При этом наблюдалось увеличение максимальных напряжений по сравнению с исходной моделью, что связано с перераспределением материала и концентрацией напряжений в отдельных зонах конструкции. Однако уровень напряжений остался в пределах, близких к допустимым для выбранного материала с учётом коэффициента запаса прочности. Проведён модальный анализ подтвердил достаточную отстройку собственных частот от критических значений. Полученные результаты демонстрируют потенциал применения ТО для проектирования облегчённых, энергоэффективных и технологически перспективных конструкций.

Об авторах

В. Н. Коц
Инжиниринговый центр «Упрочняющие технологий и покрытия», Шәкәрім университет
Казахстан

Владислав Николаевич Коц – студент, магистрант по специальности «Машиностроение»

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А



К. Д. Орманбеков
Инжиниринговый центр «Упрочняющие технологий и покрытия», Шәкәрім университет
Казахстан

Куаныш Даулетович Орманбеков – докторант специальности «Механика и металлообработка», ведущий научный сотрудник Инжинирингового центра

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А



Ж. Турар
Университет Сакарья
Турция

Жанабай Турар – магистрант кафедры физики

Кампус Эсентепе, Сервиджан, Сакарья 54050, Турция



Список литературы

1. Eschenauer H.A. Topology optimization of continuum structures: a review / H.A. Eschenauer, N. Olhoff // Applied Mechanics Reviews. – 2001. – № 54(4). – Р. 331-390.

2. Topology optimization: a review for structural designs under vibration problems / S. Zargham et al // Structural and Multidisciplinary Optimization. – 2016. – № 53. – Р. 1157-1177.

3. Topology design methods for structural optimization / О.М. Querin et al // Butterworth-Heinemann. – 2017.

4. Wu J. Topology optimization of multi-scale structures: a review / J. Wu, O. Sigmund, J.P. Groen // Structural and Multidisciplinary Optimization. – 2021. – № 63. – Р. 1455-1480.

5. Kim H.W. Design of a double-optimized lattice structure using the solid isotropic material with penalization method and material extrusion additive manufacturing / H.W. Kim, Y.S. Kim, J.Y. Lim // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2020. – № 234(17). – Р. 3447-3458.

6. Tarek M. Adaptive continuation solid isotropic material with penalization for volume constrained compliance minimization / M. Tarek, T. Ray // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2020. – № 363. – Р. 112880.

7. Nguyen M.N. Topology optimization framework for thermoelastic multiphase materials under vibration and stress constraints using extended solid isotropic material penalization / M.N. Nguyen, V.N. Hoang, D. Lee // Composite Structures. – 2024. – № 344. – Р. 118316.

8. Helou M. Design, analysis and manufacturing of lattice structures: an overview / M. Helou, S. Kara // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. – 2018. – № 31(3). – Р. 243-261.

9. Seppälä J. Тopology optimization in structural design of an LP turbine guide vane: potential of additive manufacturing for weight reduction / J. Seppälä, A. Hupfer // In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. American Society of Mechanical Engineers. – 2014. – Vol. 45769. – Р. V07AT28A004.

10. Boldyrev A.V. Automation of Aircraft Design: Textbook / A.V. Boldyrev, V.A. Komarov // Samara: SSAU Publishing House. – 2012. – 123 p.

11. Sysoeva V.V. Algorithms for topology optimization of load-bearing structures / V.V. Sysoeva, V.V. Chedrik // TsAGI Science Journal. – 2011. – № 42(2). – Р. 91-102.

12. Topology-optimized intermediate casing of an aero engine and comparative evaluation of titanium and composite architecture in terms of load capacity and weight reduction / М. Kober et al // In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – 2008. – Vol. 43154. – Р. 69-79.


Рецензия

Для цитирования:


Коц В.Н., Орманбеков К.Д., Турар Ж. МЕТОД ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МАССОЭФФЕКТИВНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ БАЛОК. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2025;1(4(20)):261-267. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-31

For citation:


Kots V.N., Ormanbekovz K.D., Turar Zh. TOPOLOGY OPTIMIZATION METHOD FOR IMPROVING THE MASS EFFICIENCY OF ALUMINUM BEAMS. Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. 2025;1(4(20)):261-267. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-4(20)-31

Просмотров: 302

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2788-7995 (Print)
ISSN 3006-0524 (Online)
X