基于APDL語言的風(fēng)電齒輪箱的行星架拓?fù)鋬?yōu)化

摘 要：本文選用ANSYS軟件,對該公司1.5MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的行星架進(jìn)行參數(shù)化建模和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),并得到其密度云圖，為進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
　　關(guān)鍵詞：ANSYS APDL 行星架 拓?fù)鋬?yōu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是在滿足機(jī)械性能（包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)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(jié)構(gòu)的重量最小為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法，它是以利用電子計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的。實(shí)踐表明，將優(yōu)化方法應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅可以大大地縮短設(shè)計(jì)周期，顯著地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且還可以解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法解決的復(fù)雜設(shè)計(jì)問題[1]。
　　設(shè)計(jì)方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，主要有尺寸、形狀、支撐位置、制造費(fèi)用、自然頻率、材料特性等。在有限元分析軟件ANSYS所有參數(shù)化的選項(xiàng)都可以做優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)優(yōu)化問題的初始設(shè)計(jì)條件，目前ANSYS軟件為結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)提供了三大優(yōu)化模塊:Design Opt、Topological Opt、Radiation Opt，如圖1所示。

2 拓?fù)鋬?yōu)化
　　拓?fù)鋬?yōu)化是在給定的設(shè)計(jì)域內(nèi)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到滿足約束條件又使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)（通常是體積最小）的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)者只需要提出設(shè)計(jì)域而不需要知道具體的結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螒B(tài)。優(yōu)化參數(shù)：自動(dòng)將材料分布當(dāng)作優(yōu)化參數(shù)。目標(biāo)函數(shù)：是在滿足給定的實(shí)際約束條件下（如體積減小等）需要極大或極小化的參數(shù)。
　　理論基礎(chǔ)可以描述為：用帶有孔洞的微結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)區(qū)域，微結(jié)構(gòu)的尺寸固定的，因而由微結(jié)構(gòu)組成的設(shè)計(jì)區(qū)域是固定不變的。微結(jié)構(gòu)的孔洞大小作為設(shè)計(jì)變量。在優(yōu)化過程中，孔洞變大直至充滿整個(gè)微結(jié)構(gòu)，則該微結(jié)構(gòu)消失，完全成為空洞;如果孔洞變小，直至消失，則該微結(jié)構(gòu)成為實(shí)體。一般情況下，設(shè)計(jì)區(qū)域由多孔介質(zhì)構(gòu)成。由于在優(yōu)化過程中產(chǎn)生了空洞，使得結(jié)構(gòu)的拓?fù)淇梢园l(fā)生變更，便可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)鋄2]。