【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于断路器机械零部件，具体涉及一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法。
技术介绍
1、高速断路器能够快速调整电网拓扑结构，实现短路电流的柔性抑制。在高速断路器操作中，传动系统拐臂承受着巨大的载荷和冲击，因此其结构强度和刚度至关重要。传统的拐臂通常是基于经验或简单的数学模型进行优化设计，存在着结构不均匀、应力集中和能量损失等问题，限制了传动系统的工作效率和可靠性。拓扑优化方法相比传统优化方法具有全局优化能力、能够改善结构性能、实现多目标优化和自动化设计流程，为高速断路器传动系统拐臂设计提供了更优的解决方案。因此，需要一种拐臂部件的拓扑优化设计方法，以提高其结构性能和工作效率。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，以提高拐臂部件结构性能和工作效率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
3、步骤1利用软件建立拐臂的初始结构模型；
4、步骤2将拐臂的初始结构模型导入有限元分析软件，对拐臂的初始结构模型进行网格剖分，建立拐臂的拓扑优化密度的有限元模型，划分后的每个网格单元作为密度可变的最小单位；
5、步骤3模拟拐臂运动载荷，设置拐臂的拓扑优化密度的有限元模型的边界条件；
6、步骤4确定拐臂的拓扑优化密度的有限元模型的优化区域并将优化区域中的每个网格的单元密度作为优化变量，以刚度最大及体积最小作为优化目标，建
7、进一步地，根据一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，所述拐臂的拓扑优化数学模型为：
8、
9、其中，c(x,u)为柔顺度，即拓扑优化的目标函数；x为单元密度；u为位移向量；f为载荷向量；ue为单元e的位移矩阵；xe为单元e的单元密度；k0为单元刚度矩阵；υe为单元e对应的体积变量；v为体积约束变量；xmax为单元密度最大值，取值1；xmin为单元密度最小值。
10、进一步地，根据一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，所述拐臂的初始结构模型包括一个主轴孔、四个衬套孔和上下连杆，所述四个衬套孔与上下连杆进行铰接连接，形成绕拐臂主轴孔旋转的传动系统结构。
11、进一步地，根据所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，所述边界条件为给定输入规范的力。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
13、本专利技术提出了一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，初始设计采用拓扑结构优化方法，不依赖原始结构和工程师的经验，具有很高的设计自由度，可以获得创新性的实体结构；在拓扑优化得到的初始结构基础上进一步设计得到拐臂结构，在确保结构强度足够高的同时使整体质量最小，与传统拐臂相比，节省了材料成本；拐臂结构的轻量化设计，减轻了整个传动系统的质量，从而降低操动机构的机械负载，减少所需操作功；基于连续体结构拓扑优化的方法进行结构设计，能迅速得到结构件的最佳设计方案，从而提高设计效率，缩短设计周期。
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1.一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，所述拐臂的拓扑优化数学模型为：
3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，所述拐臂的初始结构模型包括一个主轴孔、四个衬套孔和上下连杆，所述四个衬套孔与上下连杆进行铰接连接，形成绕拐臂主轴孔旋转的传动系统结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，所述边界条件为给定输入规范的力。
【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂设计方法，其特征在于，所述拐臂的拓扑优化数学模型为：
3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的高速断路器传动系统拐臂...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹焕成，林莘，徐华，周阳洋，王绍安，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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