基于APDL語言的風電齒輪箱的行星架拓撲優化

摘 要：本文選用ANSYS軟件,對該公司1.5MW風電機組齒輪箱的行星架進行參數化建模和拓撲優化設計,并得到其密度云圖，為進一步改進結構奠定了基礎。
　　關鍵詞：ANSYS APDL 行星架 拓撲優化
　　Topological optimization on the planetary frame ofwind turbine generator systems based on apdl
SUN Li
　　Abstract: Using ANSYS, this paper firstly create parameterized finite element model of the planetary frame in wind turbine generator systems. And based on this model ,it puts up topological optimization. Then，the density contour can be attained. It establishes foundation for more improve on structure.
　　Keyword: ANSYS; APDL;the planetary frame; topological optimization

1 結構優化設計
　　結構優化設計是在滿足機械性能（包括強度、剛度、穩定性等）的前提下，盡量減少材料，降低成本，簡化工藝，一般以結構的重量最小為目標，實現結構的最優化設計。20世紀60年代初，出現了現代化的結構優化設計理論和方法，它是以利用電子計算機為基礎的。實踐表明，將優化方法應用于機械設計，不僅可以大大地縮短設計周期，顯著地提高設計質量，而且還可以解決傳統設計方法無法解決的復雜設計問題[1]。
　　設計方案的任何方面都是可以優化的，主要有尺寸、形狀、支撐位置、制造費用、自然頻率、材料特性等。在有限元分析軟件ANSYS所有參數化的選項都可以做優化設計。根據優化問題的初始設計條件，目前ANSYS軟件為結構優化技術提供了三大優化模塊:Design Opt、Topological Opt、Radiation Opt，如圖1所示。

2 拓撲優化
　　拓撲優化是在給定的設計域內，通過優化設計方法得到滿足約束條件又使目標函數最優（通常是體積最?。┑慕Y構布局和形狀。Topological Opt和Design Opt相比，初始約束條件少，不需要指定設計變量、狀態變量，設計者只需要提出設計域而不需要知道具體的結構拓撲形態。優化參數：自動將材料分布當作優化參數。目標函數：是在滿足給定的實際約束條件下（如體積減小等）需要極大或極小化的參數。
　　理論基礎可以描述為：用帶有孔洞的微結構構造設計區域，微結構的尺寸固定的，因而由微結構組成的設計區域是固定不變的。微結構的孔洞大小作為設計變量。在優化過程中，孔洞變大直至充滿整個微結構，則該微結構消失，完全成為空洞;如果孔洞變小，直至消失，則該微結構成為實體。一般情況下，設計區域由多孔介質構成。由于在優化過程中產生了空洞，使得結構的拓撲可以發生變更，便可能產生結構的最優拓撲[2]。