摘要：针对大流量和高转速罗茨泵的运行特点,应用进化结构优化算法(ESO)对双叶罗茨泵叶轮进行结构拓扑优化.对优化过程中出现的结构突变现象,提出基于奇异单元联结特征的筛选和删除算法,在此基础上对ESO算法进行改进,确保了优化过程的连续性与稳定性.采用Ansys参数化设计语言APDL,编程以实现改进后的ESO算法.通过区间逼近并结合优化程序可视化进程确定初始删除率允许区间,在该区间内,分别以5种不同初始删除率对受到1 500 r/min惯性载荷的罗茨泵叶轮进行优化,对不同的优化结果进行性能参数指标分析、筛选,获得了合理的叶轮拓扑结构.有限元对比分析表明:新结构在受惯性力作用时其应力分布更为均匀,材料利用率显著提高,优化后新结构的最大应力、应变、位移分别较原叶轮结构减小17.7%,17.5%,18.7%;质量较原叶轮结构减小55%,大大提高了罗茨泵在高转速、大流量运行工况下的安全性和稳定性.

关键词：罗茨泵 拓扑优化 渐进结构优化 有限元 结构突变 

单位：西华大学能源与环境学院