摘 要
随着现代工业对高性能机械系统需求的不断提升，轻量化设计已成为复杂机械零部件优化的重要方向。传统制造工艺在实现复杂结构轻量化方面存在诸多限制，而增材制造技术凭借其高设计自由度和一体化成形能力，为该领域带来了新的突破。本研究旨在探讨增材制造在复杂机械零部件轻量化设计中的关键技术与应用潜力，提出基于拓扑优化与多目标设计方法相结合的技术路径。通过建立面向增材制造的轻量化设计框架，综合考虑力学性能、材料分布与制造约束，选取典型航空与汽车零部件作为研究对象，采用有限元分析与实验验证相结合的方法进行系统研究。研究结果表明，所提出的设计方法可有效降低零部件质量，在保证结构强度与刚度的前提下，平均减重达25%以上，同时显著提升其功能集成度与整体性能。本研究的创新点在于构建了融合结构优化与制造约束的轻量化设计模型，并验证了增材制造在复杂构件多功能化设计中的优越性。研究成果为推动增材制造技术在高端装备领域的工程化应用提供了理论支持与实践参考。关键词：增材制造；轻量化设计；拓扑优化；多目标设计方法；复杂机械零部件
目 录
摘 要 I
1 绪论 2
1.1 研究背景与意义 2
1.2 发展现状分析 2
1.3 本文研究方法与技术路线 3
2 增材制造技术对复杂零件结构设计能力的提升 4
2.1 增材制造工艺特性及其对结构自由度的影响 4
2.2 复杂拓扑结构的设计实现与制造可行性分析 4
2.3 支撑结构优化与去除难度对设计的影响 5
2.4 材料分布控制与功能集成设计能力评估 5
3 轻量化设计方法在增材制造中的应用模式 7
3.1 拓扑优化技术在增材制造轻量化中的适用性研究 7
3.2 多孔结构与晶格填充在减重与性能平衡中的作用 7
3.3 参数化建模与自动化设计流程构建 8
3.4 多目标协同优化模型在轻量化设计中的应用 8
4 典型复杂机械零部件的增材轻量化设计实践 10
4.1 航空发动机叶片类零件的轻量化设计案例分析 10
4.2 工程机械连接件的结构优化与性能验证 10
4.3 高应力承载结构的强度-质量比优化策略 11
4.4 实际制造验证与性能测试结果对比分析 11
结 论 13
参 考 文 献 14
致 谢 15
