摘要：针对复杂载荷工况下横梁等大型三维结构件拓扑优化结果可读性差、无法对结构优化提供有效指导的问题,提出基于功能截面分解的拓扑优化方法。基于力的分解与等效原理,将三维实体分解为三个平面内的二维功能截面,根据各功能截面的受力方式确定其抗弯或抗扭属性;在此基础上,分别对两个主要承载的功能截面进行二维拓扑优化分析,并综合二维功能截面分析结果完成三维实体的整体拓扑优化,实现了将三维实体拓扑优化问题转化为二维功能截面的拓扑优化问题。以CXK5463车铣加工中心横梁为例,对结构拓扑优化效果进行了验证,仿真实验结果表明,功能截面分解方法可以得到清晰的应力传递路径,在保证横梁静动态特性基本稳定的基础上,横梁减重12.67%,优化效果较为明显。提出的方法可为大型、重型复杂结构件的拓扑优化研究提供借鉴与参考。

关键词：拓扑优化 横梁 功能截面 有限元分析 

单位：燕山大学; 秦皇岛066004