Детальная информация

Целью работы является проведение топологической оптимизации конструкции рамы реабилитационной тележки и оценка прочности оптимизированной рамы, проработанной под технологии аддитивного производства. В ходе работы выполнен обзор теоретических основ топологической оптимизации, в частности, SIMP-метода – одного из наиболее распространенных численных методов топологической оптимизации; проведен линейный конечно-элементный расчет исходной модели рамы и, затем, расчет топологической оптимизации рамы; проведена обработка полученного концепта и разделение обработанной геометрии, что обусловлено ограничениями, диктуемыми доступными ресурсами аддитивного производства; и на основе полученной модели проведен второй конечно-элементный расчет и оценка прочности по критерию Цая-Ву. Также в данной работе рассмотрено две модели пластика PLA: линейно-упругая изотропная для расчета топологической оптимизации и линейно-упругая ортотропная для оценки прочности оптимизированной рамы. В результате получена оптимизированная рама, масса которой меньше начальной на 68,55%, для которой выполняется рассматриваемый критерий прочности. Для конечно-элементных расчетов и CAD-моделирования использован программный пакет Ansys Workbench 2025R1.

The aim of the work is to conduct topology optimization of the frame design of a rehabilitation trolley and to evaluate the strength of the optimized frame developed for additive manufacturing technology. This work included a review of the theoretical foundations of topology optimization, in particular the SIMP method, one of the most widely used numerical methods of topology optimization. A linear finite element simulation of the initial frame model was performed, followed by a topology optimization calculation for the frame. The optimized geometry was processed and separated, which is due to the limitations dictated by the available resources of additive manufacturing. A second finite element simulation and strength analysis using the Tsai-Wu criterion were performed based on the optimized model. This paper also considers two models of PLA plastic: linear-elastic isotropic for calculating topology optimization and linear-elastic orthotropic for assessing the strength of the optimized frame. The result is an optimized frame, the weight of which is 68,55% less than the initial one, for which the strength criterion under consideration is met. For finite element simulation and CAD modeling, the Ansys Workbench 2025R1 software package was used.