应用流固耦合的灌区弧形闸门拓扑优化

摘要

为解决灌区弧形闸门自身质量大，生产、安装不便等问题，以农业灌区为研究对象，建立灌区渠首弧形闸门与灌溉水流的流固耦合动力学求解程序。针对灌区渠首弧形闸门流固耦合的求解结果，应用ANSYS二次开发语言APDL，建立固体各向同性惩罚微结构模型（SIMP）变密度法的拓扑优化设计程序，以单元相对密度为设计变量、结构柔度为目标函数，得到新的闸门支臂布置形式。结果表明：对比闸门拓扑优化前后模型的流固耦合结果，最大变形减小54.2%，整体结构自身质量减轻31.2%。证明拓扑优化设计在减轻自身质量的同时提升了结构刚度。

关键词

灌区弧形闸门 / 流固耦合 / SIMP / 拓扑优化