本文介绍了工程应用中结构优化设计的三个层次。某兆瓦级风力发电机储能单元的后架为例，使用有限元软件对整个过程结构进行优化，通过优化拓扑结构和优化设计获得初步结构。化形状以获得结构。架的精细结构。
构优化对于冷风储能单元至关重要，尤其是随着其容量的增加以及组件的强度和可靠性的提高。工程设计中，结构优化的设计可以分为三个级别：尺寸优化，形状优化和拓扑优化[1-2]。前，结构优化设计已广泛应用于各个领域的工程结构设计[3-5]，但其中大多数都依赖于一定程度的优化。
本文中，有限元优化软件用于优化一兆瓦一兆瓦冷库的后框架的整个过程结构，包括优化拓扑结构，优化形状和尺寸。个过程的这种结构优化设计是一种精细的设计方法，可以依靠优化软件相对于精细的结构逐步优化模型，从而减少了开发所需的时间。构设计。了获得最佳的优化结果，优化模型在区域中需要更多的设计空间，以方便进行负载切换路由。据最大化优化模型设计区域的原理，并根据风能存储单元的展位配置，将后框架设计区域定义为物理空间（7500毫米×3600毫米） ×900毫米）。1是后框架的负载的示意图。
左端的实线中的粗线表示后框架的连接面，在拓扑优化模型中，连接面的三个运动自由度受到限制。中的每个点代表后车架的负载，其中方形点表示此处应用的发电机的重量负载（4×6000 kg = 24000 kg），圆形点表示机舱的机盖和所承受的重负载（ 8×1500公斤= 12，000公斤）。角点表示其他系统的重量负荷（3000千克）。
2是后框架的优化模型图：箭头的位置和长度分别表示负载的位置和大小。分模型网格时，网格单位太大，优化结果不清楚，优化没有意义。格单元太小，由于所需的巨大计算成本，导致优化成本非常低。号网络单元的尺寸设置为50 mm。据优化的精细度，将整个过程的优化设计分为拓扑优化，形状优化和尺寸优化。化，获得特定的结构形状，最后优化结构的尺寸以获得精细的结构，下面将详细介绍后机架的整个优化过程。技术设计中，机架的类型通常设计为具有刚性。此，为了最大程度地提高刚度，优化了后框架拓扑结构的灵活性以最大程度地降低柔度，并且将体积比和柔度用作约束条件，体积比的上限0.1为约束。时，为了增加离散度并减少材料堆积以获得更准确的拓扑优化结果，可以定义相关参数，例如网格像元大小约束。
中，约束的像元大小至少为20 mm，并且经过50次迭代后的惩罚因子如图5所示。3.如图所示，材料分布集中在连接的端面和发电机安装位置之间，冷库安装这是从后车架传递载荷的主要路径。据工程经验，后车架可以与梁和纵梁的结构集成在一起，承受主载荷，并且根据拓扑的优化结果必须是渐进的，并且纵向梁可以直接使用钢材。过计算拓扑结果获得的后车架的初步结构如图4所示。
结构包括两根梁，它们是箱形梁，具有焊接的可变截面以进行测量，并且截面的主要尺寸如图所示。的上下凸缘板以及左右芯的初始厚度为16 mm，三个纵梁为150 mm x 150 mm的H型钢。化形状主要包括通过调整每个控制点的结构位移来优化形状，控制点的数量和位置选择决定了形状优化方法。必须在负载突然变化时选择负载。车架初步结构的主要支撑是由两根横截面可变的横梁组成，为了使结构更加合理，对横梁的形状进行了优化，以获得具有同等刚度的横梁效果。5是典型的形状优化方案：如图所示，在负载突然变化时设置控制点，并且仅允许一个单向变形。改控制点4控制梁末端部分宽度方向的变化。化形状的目的是使质量最小化，应力是梁末端位移的上限为15 mm。过9次迭代后，形状优化结果如图6所示。迭代过程中，每个控制点的位移和后架质量的变化如图7所示。梁端部的横截面尺寸分别从400 mm和900 mm更改为200 mm和450 mm，后框架的重量从6350 kg减少到5230 kg。据图6的结果处理的后框架的结构如图8所示。了进一步提高梁的结构效率，主要对梁厚度进行连续优化。不更改结构形状的情况下优化结构的尺寸。化尺寸后，将梁的上下凸缘分为前后两部分：如图8所示，定义了这两部分的尺寸变量，并定义了厚度的变量。板作为一个整体离散值，介于12和30 mm之间；该条带具有可变厚度的板厚度，并且可变的板厚度值被取为10mm至20mm范围内的整体离散值。优化尺寸时，将质量最小化作为优化目标，并且束端的上限为8 mm作为约束条件。过3次迭代，优化了尺寸以获得后框架的最终结构，图9显示了每个变量的特定迭代。框架的重量从5610千克减少到4900千克，前和底部法兰的厚度从16毫米优化到19毫米。
兰板后部的厚度从16毫米优化到10毫米，左右条的厚度从16毫米优化到12毫米。结构具有传递载荷路径清晰，刚度和重量轻的特点，可以用作后车架的基本结构。技术应用中，仅需增加相应的辅助安装结构即可。
例如连接接口，冷库安装踏板，栏杆等。以上过程可以得出，在设计阶段，可以通过优化拓扑结构来获得结构的最佳传递路径，并可以在工程过程后获得初始结构。旦获得初始结构，就可以继续优化形状或尺寸以获得更精确的结构形状和尺寸，这是精确的设计步骤。文以风能冷库的后框架为例，因为其结构相对容易理解，可以很好地描述设计思想和结构优化的步骤。程。际上，不熟悉或复杂的工程结构可能会更好地反映出过程结构优化总体设计的好处。个过程的结构优化设计可以精细地优化结构，充分提高工程结构的效率，这是未来结构设计发展的趋势。化流程整体结构的设计思路很明确，可以避免结构设计过分依赖工程人员的经验，同时大大减少了周期设计。靠性的结构优化应该是未来的研究方向，尤其是对于优化拓扑结构而言。
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