(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211156342.3 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 江苏方天电力技 术有限公司 地址 211112 江苏省南京市江宁区科 学园 天元中路19号 (72)发明人 何小锋　刘晓锋　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 蒋厦 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方 法 (57)摘要 本发明涉及一种基于拓扑优化的凝结水泵 结构改进方法， 通过对凝泵系统不同部位的可加 固区域进行拓扑优化， 从而确定不同部位的最优 加固方案， 最终实现系统整体的模态优化。 本发 明借助计算机软件对凝结水泵进行加 固区域拓 扑优化， 可以快速高效地确定结构的最优加固区 域和加固方案。 本发明分别对凝泵系统的不同部 位进行加固优化设计， 最后达到凝泵系统整体优 化的效果， 为凝结水泵的优化设计提供理论和技 术指导。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115544828 A 2022.12.30 CN 115544828 A 1.一种基于 拓扑优化的凝结 水泵结构改进方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤(1)： 将凝结水泵 的不同部位分别建模， 计算其初始模态， 判断初始模态是否可能 与转子激振力产生共 振， 对于可能产生共 振的部位进行加固处 理； 步骤(2)： 在待加固处理的部位的可加支撑区域填充有限元实体， 并赋予实体材料为支 撑结构的材 料属性； 步骤(3)： 将泵体结构 设置为非设计域， 将步骤(2)中的可加支撑区域设置为设计域， 以 给定保留质量百分比为约束条件， 以给定模态频率最大为 目标进行拓扑优化求解， 确定结 构的最优加固方案； 步骤(4)： 对拓扑优化结果进行模型重构， 并计算加固后的结构模态是否满足要求， 如 果满足要求， 则完成该部分支撑结构的优化设计， 若不满足模态要求， 则改变步骤(3)中的 约束条件， 再次计算； 步骤(5)： 重复步骤(2) ‑步骤(4)， 依次对所有待加固部位进行优化设计， 即完成了对整 个凝泵系统的加固设计。 2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方法， 其特征在于： 将凝结 水泵的不同部位分别建模， 针对各部位的建模计算确定是否需要加固以及具体的加固方 案， 借助有限元 软件进行拓扑优化， 进 而实现对整个系统模态的优化。 3.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方法， 其特征在于： 步骤 (1)中， 对凝结水泵分别建立转子、 内筒、 电机支架的三 维有限元模型， 并计算其初始模态频 率。 4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方法， 其特征在于： 加固结 构的优化部位可根据需要 而改变。 5.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方法， 其特征在于： 步骤 (3)中， 对需要加 固部位的可加支撑区域单独建模， 以加 固区域保留质量百分比为约束条 件， 以指定模态频率最大为 目标对加固区域进行拓扑优化， 得到结构的最优加固区域和加 固方案。 6.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的凝结水泵结构改进方法， 其特征在于： 步骤 (3)中， 以给定模态频率 最大为目标进行拓扑优化 求解时的数 学模型如下： gmass＝frac‑frac*≤0,frac＝m( μ )/m0 式中， s.t.表示约束条件， T表示矩阵的转置， 为数学上表示 “任意”的符号， μe表示单 元相对密度， 为设计变量， 其下标e为单元编号， μ为 μe组成的向量， K表示结构总刚度矩阵， M 表示结构总质量矩阵， ω表示模态频率， φ表示关于M的正交归一化模态振型， ω和φ的下 标s、 j、 k都表示对应的模态阶数， 即φj与ωj为第j阶模态的振型和频率， 第s阶模态频率为 优化目标， δjk为克罗内克δ函数， 若j＝k， 则 δ＝1， 否则 δ＝0， gmass表示质量分数约束， frac为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544828 A 2质量分数， 等于结构质量m( μ )与原 始总质量m0之比， frac *表示给定的阈值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544828 A 3