液压机机架是基本支撑部件,其重量约占整备重量的40%～60%。机架设计的合理性直接影响着设备的重量、刚度和制品成型精度,以及制造和运输成本等。具有高强度、高刚度、高几何精度及承载稳定性,抗疲劳性能好且重量轻的机架是发展趋势。本文研究某型耐火砖压机在预紧载荷和工作载荷联合作用下,机架的整体性及其力学响应,对主要零件拓扑优化,建立基于拓扑后的机架结构参数化有限元模型,运用多目标优化方法实现机架的轻量化设计。首先根据产品原设计方案,建立简化后的整机接触有限元模型,获得仿真结果。结合实验测试,验证了模型的有效性。综合参考该机的实际服役状况,认为原设计机架整体性能好、能满足强度和刚度的要求,以此为参考,确定后继优化的相关性能指标。分析还表明上/下梁具有较大的优化空间,是轻量化设计的重点。现代设计方法建议在概念设计阶段进行结构拓扑优化,形成好的初始设计方案。本文根据安装和装配约束关系,建立了上/下梁的初始优化结构空间,利用子模型技术确定边界载荷条件,实施结构拓扑优化。根据优化结果,结合制造工艺约束等因素,形成新的上/下梁结构方案。在此基础上,开展机架结构的参数化建模和多目标优化。由于机架各部件是以一个整体工作的,其参数优化不应局限于某些单个零部件,而应该是对机架整体的、全面的优化。本文运用Python语言,对ABAQUS进行二次开发,创建交互式图形用户界面插件,建立机架参数化有限元模型,实现了建模分析和仿真结果的自动化处理。采用基于试验设计的近似模型构造方法,建立机架力学响应与设计变量参数之间相互关系的代理模型,克服了由于机架整体有限元模型过大而无法在多目标优化过程中直接多次调用的困难,大幅降低了计算费用。建立以结构轻量化和高刚度化为优化目标,以关键结构尺寸变量上、下限和主机结构其它力学性能指标为约束的机架多目标优化模型。将有限元分析脚本、代理模型建模和多目标优化算法集成,实现了机架优化设计过程的自动化。Pareto优化解为液压机设计决策提供了多个可行解。最后,根据优化结果,形成新的机架结构设计方案并对其进行有限元分析。将仿真结果与原产品结果进行比较。表明,优化后的设计完全满足耐火砖压机机架设计标准要求。在易发生疲劳破坏的危险区域,其应力峰值比原设计的显著降低,在机架总质量下降15%的前提下,进一步提高了机架的可靠性,达到了预期的研究目标。