добавлен отчет по топологической оптимизации

researches/topoopt_report.md

@@ -0,0 +1,80 @@
+---
+title: Топологическая оптимизация корпуса механического захвата Roboarm
+  Griptool
+---
+
+Конструкторские изыскания привели к созданию универсального
+механического захвата следующего вида:
+
+![](./media/image1.png)
+
+Однако корпус данного изделия представляет собой чрезмерно громоздкую и
+тяжелую конструкцию, которая существенно ограничивает возможности
+манипулятора, а также -- требует больших затрат при изготовлении.
+
+По этой причине производились исследования в поле возможностей
+оптимизации данной конструкции с целью уменьшения массы при сохранении
+требуемых прочностных характеристик.
+
+Для данной работы использовался пакет Solidworks Simulation, позволяющий
+производить анализ изделий методом конечных элементов, а также
+производить топологическую оптимизацию.
+
+Стартовая масса корпуса и крышки -- 0.33 кг.
+
+Для запуска расчета и оптимизации была создана упрощенная модель
+корпуса, лишенная всех мелких деталей.
+
+![](./media/image2.png)
+
+Рассматривается нагруженное состояние, получаемое при одновременном
+воздействии двух шаговых двигателей, реакций опоры от обоих редукторов и
+массы, приложенной к пальцам захвата. Схема приложения нагружения
+отражена на следующем рисунке.
+
+Значения нагружений:
+
+\- Крутящие моменты двигателей -- 4 кгс/см
+
+\- Реакции опор редукторов -- 20 кгс/см
+
+\- Растягивающе-изгибающая нагрузка, направленная по осям x, y, z по 2.5
+кгс на каждое
+
+Участок крепления стыковочного модуля зафиксирован.
+
+![](./media/image3.png)
+
+Были заданы условия симметричности конструкции относительно продольной
+оси, что позволило учесть и случай с противоположно приложенными
+нагрузками. Предел прочности для материала был задан как 30 МПа.
+
+По результатам топологической оптимизации была получена следующая
+геометрия:
+
+![](./media/image4.png)
+
+Масса модели -- 0.19 кг
+
+При этом модель возможно дополнительно облегчить за счет учета
+внутренних пустот при 3д-печати.
+
+Полученная модель была приблизительно перерисована с помощью
+твердотельных элементов в Solidworks.
+
+В итоге был получен следующий результат.
+
+![](./media/image5.png)
+
+Масса полученной детали -- 0.24 кг.
+
+Был произведен поверочный расчет, чтобы выяснить, насколько конструкция
+соответствует требованиям и насколько большой запас прочности имеет.
+Были приложены те же нагрузки, что использовались при оптимизации.
+
+![](./media/image6.png)
+
+Предел нагрузок не превышает 5МПа, что существенно ниже предела
+прочности пластика АБС. Это говорит о том, что полученная конструкция
+сохраняет требуемую прочность, а так же -- что она может быть
+оптимизирована и дальше.