【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于斷路器機械零部件，具體涉及一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法。
技術介紹
1、高速斷路器能夠快速調整電網拓撲結構，實現短路電流的柔性抑制。在高速斷路器操作中，傳動系統拐臂承受著巨大的載荷和沖擊，因此其結構強度和剛度至關重要。傳統的拐臂通常是基于經驗或簡單的數學模型進行優化設計，存在著結構不均勻、應力集中和能量損失等問題，限制了傳動系統的工作效率和可靠性。拓撲優化方法相比傳統優化方法具有全局優化能力、能夠改善結構性能、實現多目標優化和自動化設計流程，為高速斷路器傳動系統拐臂設計提供了更優的解決方案。因此，需要一種拐臂部件的拓撲優化設計方法，以提高其結構性能和工作效率。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提出一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，以提高拐臂部件結構性能和工作效率。
2、為解決上述技術問題，本專利技術所采取的技術方案是：
3、步驟1利用軟件建立拐臂的初始結構模型；
4、步驟2將拐臂的初始結構模型導入有限元分析軟件，對拐臂的初始結構模型進行網格剖分，建立拐臂的拓撲優化密度的有限元模型，劃分后的每個網格單元作為密度可變的最小單位；
5、步驟3模擬拐臂運動載荷，設置拐臂的拓撲優化密度的有限元模型的邊界條件；
6、步驟4確定拐臂的拓撲優化密度的有限元模型的優化區域并將優化區域中的每個網格的單元密度作為優化變量，以剛度最大及體積最小作為優化目標，建
7、進一步地，根據一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，所述拐臂的拓撲優化數學模型為：
8、
9、其中，c(x,u)為柔順度，即拓撲優化的目標函數；x為單元密度；u為位移向量；f為載荷向量；ue為單元e的位移矩陣；xe為單元e的單元密度；k0為單元剛度矩陣；υe為單元e對應的體積變量；v為體積約束變量；xmax為單元密度最大值，取值1；xmin為單元密度最小值。
10、進一步地，根據一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，所述拐臂的初始結構模型包括一個主軸孔、四個襯套孔和上下連桿，所述四個襯套孔與上下連桿進行鉸接連接，形成繞拐臂主軸孔旋轉的傳動系統結構。
11、進一步地，根據所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，所述邊界條件為給定輸入規范的力。
12、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
13、本專利技術提出了一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，初始設計采用拓撲結構優化方法，不依賴原始結構和工程師的經驗，具有很高的設計自由度，可以獲得創新性的實體結構；在拓撲優化得到的初始結構基礎上進一步設計得到拐臂結構，在確保結構強度足夠高的同時使整體質量最小，與傳統拐臂相比，節省了材料成本；拐臂結構的輕量化設計，減輕了整個傳動系統的質量，從而降低操動機構的機械負載，減少所需操作功；基于連續體結構拓撲優化的方法進行結構設計，能迅速得到結構件的最佳設計方案，從而提高設計效率，縮短設計周期。
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1.一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，所述拐臂的拓撲優化數學模型為：
3.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，所述拐臂的初始結構模型包括一個主軸孔、四個襯套孔和上下連桿，所述四個襯套孔與上下連桿進行鉸接連接，形成繞拐臂主軸孔旋轉的傳動系統結構。
4.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，所述邊界條件為給定輸入規范的力。
【技術特征摘要】
1.一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂設計方法，其特征在于，所述拐臂的拓撲優化數學模型為：
3.根據權利要求1所述的一種基于拓撲優化的高速斷路器傳動系統拐臂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒煥成，林莘，徐華，周陽洋，王紹安，
申請(專利權)人：國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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