性特征，力学性能受温度湿度影模型模型式中，为待定材料的弹性模量为原材料的弹性模量为相对密度为惩罚因子。

商用优化软件集成了多种优化算法，本文根据体轮轻量化设计的特点，采用基于模型的控制算法，该算法不基于敏度信自行车体轮设计与拓扑优化的有机融合拓扑论文不基于敏度信息，可处理几何非线性接触等非线性问题，迭代速度更快。

体轮的拓扑优化车轮的几何建模体轮的设计极大简化了轮组的几何建模过程，无需考虑各组件间的连接。

考虑到工作站的计算效率，设定网格单元长度，单元总数，全部采用所示，失效应力为。

图静载下材料应力应变曲线工况条件轮组在实际运行过程中除了承受静载荷，还有可能受飞石等物体碰撞而损坏，因此分析时还需考虑碰撞冲击等动态行为。

各工况下边界条件都施加在轮毂中心，模拟实际花鼓被固定在中间值相当接近。

对侧弯曲工况下，在非轮辐处加载时最大主应力达到最大，为。

各工况的最大主应力均小于静载失效应力，车轮在静载荷下处于安全状态。

图车轮轮组拓扑模型为兼顾强度及减重的要求，材料选用玻纤增强塑料尼龙，其中玻纤体轮性能验证静载荷校核针对新的结构设计重新建立有限元模型，根据前述工况施加相同的静载条件。

其中，对侧弯曲工况的加载方式和最大主应力结果分别如图和图所示。

图拓扑优化单元密度分布结果图拓扑优化单元密度分布结果下载原图图体轮结个单元的应变能为第个单元的体积。

考虑车轮的美观性，设定优化区域周向对称次的约束此外，为保证在轮辐及非轮辐处均达到承载要求，在轮缘周向相距布置了两个受力点位，分别施加种静载工况。

优化结果经过次的迭代动惯量越小，越容易被驱动，过重的车轮则会严重耗费骑行者的体力。

传统车轮包括了金属制的轮辋轮辐轮毂等系列组件，也可称之为轮组，各组件间用螺纹连接。

针对车轮进行轻量化设计，采用高强度工程塑料制成体轮，可以在保证结构安全的基础要采用基于变密度法的拓扑优化方法，对自行车轮组进行了轻量化设计。

综合考虑了自行车运行时的复杂受力情况，分别建立了轮组的静态和动态有限元模型，并对优化后的结构进行了校核。

研究结果表明，优化后体轮的质量减轻了，无论静观性，设定优化区域周向对称次的约束此外，为保证在轮辐及非轮辐处均达到承载要求，在轮缘周向相距布置了两个受力点位，分别施加种静载工况。

优化结果经过次的迭代计算，优化后的单元密度结果如图所示。

深灰色区域表示需要自行车体轮设计与拓扑优化的有机融合拓扑论文算，优化后的单元密度结果如图所示。

深灰色区域表示需要保留材料的区域，控制算法在迭代计算时已做处理，只保留了保证最大刚度需要的材料。

概念模型经后续光滑处理并重新设计，结合塑料注射成型工艺的限制，最终设计结构如图所中，拓扑优化的方法，是在给定的材料空间内，得到满足约束条件又使目标函数最优的材料布局方式，其更多地应用于初期概念设计阶段，之后再根据材料布局，结合具体要求进行详细设计。

式中，为第个单元的相对密度为单元数为第加载方式图体轮对侧弯曲工况最大主应力分布各个静载荷工况下，车轮的最大主应力结果如表所示。

表体轮静载下最大主应力及变形情况根据对比结果可知，分别对轮辐处和非轮辐处加载时，车轮的最大主应力分布和变形值相当接近。

对侧弯曲工况下上减轻重量，并简化装配工艺，提高车轮的稳定性，在提升自行车骑行感受的同时降低制造成本。

关于轻量化的研究在结构工程领域已广泛开展，采用诸如拓扑优化起筋优化尺寸优化等系列优化方法，可快速获取符合期望的设计方案，缩短设计周期。

还是碰撞工况都能满足强度要求，验证了新结构的可行性。

关键词体轮拓扑拓扑优化简化装配工艺轻量化自行车是当前日常出行和旅游休闲的种必要装备。

自行车的主要重量集中在车架和车轮上，在运动过程中车轮随花鼓驱动而转动，车轮重量越小，留材料的区域，控制算法在迭代计算时已做处理，只保留了保证最大刚度需要的材料。

概念模型经后续光滑处理并重新设计，结合塑料注射成型工艺的限制，最终设计结构如图所示。

自行车体轮设计与拓扑优化的有机融合拓扑论文。

在非轮辐处加载时最大主应力达到最大，为。

各工况的最大主应力均小于静载失效应力，车轮在静载荷下处于安全状态。

式中，为第个单元的相对密度为单元数为第个单元的应变能为第个单元的体积。

考虑车轮的美自行车体轮设计与拓扑优化的有机融合拓扑论文对新的结构设计重新建立有限元模型，根据前述工况施加相同的静载条件。

其中，对侧弯曲工况的加载方式和最大主应力结果分别如图和图所示。

图拓扑优化单元密度分布结果图拓扑优化单元密度分布结果下载原图图体轮结构设计图图体轮对侧弯曲工响较大且静载和动态载荷下，随着材料应变率的增长，力学性能也会呈现出不同。

在湿态常温静载下，此材料弹性模量为，泊松比为，应力应变曲线如图所示，失效应力为。

图静载下材料应力应变曲线工况条件轮组在实际运行过程中除，可处理几何非线性接触等非线性问题，迭代速度更快。

体轮的拓扑优化车轮的几何建模体轮的设计极大简化了轮组的几何建模过程，无需考虑各组件间的连接。

考虑到工作站的计算效率，设定网格单元长度，单元总数，全部采用面体实体单元，体实体单元，如图所示。

图静载荷弯曲工况径向刚性在轮缘外端处向轴心施加径向力，模拟车轮承载情况。

制动工况在轮缘处施加切向力，模拟紧急刹车时的受力。

各工况均取两种点位轮辐和非轮辐处分别模拟轮辐处及非轮辐处的受力情况。

情况。

模型模型式中，为待定材料的弹性模量为原材料的弹性模量为相对密度为惩罚因子。

商用优化软件集成了多种优化算法，本文根据体轮轻量化设计的特点，采用基于模型的控制算法，该算法量。

区别于般的金属材料，工程塑料具有明显的非线性弹塑性特征，力学性能受温度湿度影响较大且静载和动态载荷下，随着材料应变率的增长，力学性能也会呈现出不同。

在湿态常温静载下，此材料弹性模量为，泊松比为，应力应变曲线如结构设计图图体轮对侧弯曲工况加载方式图体轮对侧弯曲工况最大主应力分布各个静载荷工况下，车轮的最大主应力结果如表所示。

表体轮静载下最大主应力及变形情况根据对比结果可知，分别对轮辐处和非轮辐处加载时，车轮的最大主应力分布和变