Page 97 - 《橡塑技术与装备》2021年21期（11月下半月橡胶）

产品与设计 郭懿宁 等·基于 COMSOL 的斜交轮胎成型机尾座箱体优化设计

添加的两对筋板进行优化，确定它们的尺寸大小。 比，应力的最大值及形变的最大值都有减小，且更加
2.2 I 筋板的优化 节省材料，也更加易于加工。所以，最终 Ⅰ 筋板选择
由于同时对两对筋板进行优化，对电脑性能的要 使用长方形筋板设计。
求过高，且计算量过大，所以采取两对筋板分两次优
化的方法。
首先对 Ⅰ 筋板进行优化，Ⅰ 筋板如图 3 所示。最初
设计 Ⅰ 筋板时，采用的是三角形的筋板设计，可承受
载荷更大。但在之后的分析过程中，发现 Ⅰ 筋板最重
要的应该是连接孔的下端到尾座箱体的底面。连接这
两个面以后，就已经可以使左右两个孔的受载情况得
到改善，与筋板本身的三角形设计关系不大，可以设
计为长方形筋板，更加节省材料，同时也更好加工。
设计为长方形筋板后如图 7 所示。

图 9 Ⅰ 筋板优化后箱体形变图

2.3 II 筋板的优化
优化完 Ⅰ 筋板以后，决定对两端孔上方的 Ⅱ 筋板
进行优化。筋板的形状有两个控制变量，一个是筋板
的高，一个是筋板的长。我们分别对筋板的高和长进
行优化，优化过程使用 Nelder-Mead 算法。
图 7 Ⅰ 筋板优化后三维图 首 先是 对 筋 板高 的 优化， 筋 板 的高 原 本 设计 为
50 mm，最长不能与孔的上端产生干涉，长度为 120
更改为长方形筋板后，还应对其进行有限元分析，
mm，最短设置为原本的 50 mm。在定义中对所有域
对分析得到的结果与三角形筋板进行比较，验证对筋
板的优化是否正确。对长方形筋板的箱体有限元分析 设置一个域探针，用来探测箱体的最大形变量。在优
以后，得到的应力图如图 8 所示，形变图如图 9 所示。 化模块将目标函数定义为域探针 comp1.dom1，类型
选择为最小化，即在筋板高发生变化的过程中，取箱
体形变量最小的值。控制变量设置为筋板高，初始值
为 50 mm，下界 50 mm，上界 120 mm。对箱体优化
设置完毕后，进行计算，得出探针图如图 10 所示。
对筋板高优化的结果为 119.59 mm，取整为 120 mm。
则筋板的高应设计为 120 mm，与孔的上端相连接，
为最佳方案。对筋板高优化完成后再对筋板的长进行
优化。长的初始值为 100 mm，对其限定的范围为下
界 50 mm，上界 250 mm。同样使用刚刚设置的域探
针为目标函数，控制箱体形变量取最小值。筋板长优
化以后探针图如图 11 所示。

图 8 Ⅰ 筋板优化后箱体应力图 优化筋板长的结果为 250 mm 为最优解，则最终
筋板的设计方案为长 250 mm，高 120 mm。此时，箱
2
优化 Ⅰ 筋板以后，应力最大值为 3.594 28×107 N/m ，
体的最大形变量为 0.016 616 mm。比优化 Ⅱ 筋板前
形变的最大值为 0.017 754 2 mm。与三角形的筋板相

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