АЛЮМИНИЙ АРҚАЛЫҚТАРЫНЫҢ МАССАЛЫҚ ТИІМДІЛІГІН АРТТЫРУҒА АРНАЛҒАН ТОПОЛОГИЯЛЫҚ ОҢТАЙЛАНДЫРУ ӘДІСІ

Бұл жұмыста Al9 алюминий қорытпасынан жасалған консольді арқалықтың массасын азайту мақсатында SIMP әдісіне негізделген топологиялық оңтайландыру (ТО) қолданылып зерттеу жүргізілді. Оңтайландыру APM FEM бағдарламалық кешенінің көмегімен орындалды, бұл материалдың ерекшеліктерін ескере отырып қазіргі деңгейде сандық модельдеуді іске асыруға мүмкіндік берді. Арқалыққа 4000 Н тік бағытталған күш пен 3000 Н бойлық созу күші әсер етті, бұл машина жасау және құрылыс салаларындағы құрылымдардың жұмыс жағдайларына жақын нақты жүктемені модельдеуге мүмкіндік берді. Есептеулер нәтижесінде негізгі беріктік сипаттамаларын сақтай отырып, құрылымның массасын 52 %-ға азайту мүмкін болды. Сонымен қатар, бастапқы модельмен салыстырғанда максималды кернеулердің артуы байқалды, бұл материалдың қайта бөлінуімен және кейбір аймақтардағы кернеу концентрациясымен байланысты. Алайда кернеу деңгейі таңдалған материал үшін беріктік қоры коэффициентін ескере отырып, рұқсат етілген мәндерге жақын болып қалды. Жүргізілген модальды талдау меншікті жиіліктердің сындарлы мәндерден жеткілікті қашықтықта екенін растады. Алынған нәтижелер ТО әдісін жеңіл, энергия үнемдейтін және технологиялық тұрғыдан болашағы бар құрылымдарды жобалауда қолданудың әлеуетін көрсетеді.

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.