第二十七章 拓扑优化

27.3.1工程背景

车架是自行车的骨架和主体，它的强度、刚度和重量直接影响整辆自行车的承载能力和轻便程度。随着自行车产业的发展，先后出现了各种结构形状的车架：例如左右两二角形车架，1个四边形和1个二角形车架，1根弯杠和1个二角形车架。本实例使用ANSYS寻求为了在较轻重量的前提下获得自行车车架的最大强度和刚度。

27.3.2问题的描述

1．模型的几何尺寸
本实例的模型为一长方形，长为1.2m，宽为0.6m。

2．单元的选择及材料常数
本实例需要定义编号为1, 2的两种单元，单元1用于进行拓扑优化的区域，单元2用于不进行拓扑优化的区域，其单元类型均选择8节点PLANE82单元。材料的弹性模量为2E11Pa，泊松比为0.3。

3．边界条件
首先将模型上需要安装车把、后轮、鞍座和脚蹬处的单元类型由单元1改为单元2，即改为不进行拓扑优化的单元；然后在模型的左上角施加完全约束，在右下角即安装前义和后轮的部位施加Y方向的约束；最后在模型上安装鞍座的部位施加X方向的力（人体对鞍座向后的摩擦力）F_x为15N，施加Y负方向的力（人体对鞍座的压力）F_y为500 N，在模型上安装脚蹬的部位施加X负方向的力（人体对脚蹬向前的蹬力）F_x为15N，施加Y负方向的力（人体对脚蹬向下的蹬力）F_y为-50 N。