随着现代航空航天、汽车工业、轨道交通等行业的高速发展,高精度、大吨位液压机作为高端制造装备中的代表在工业生产中正得到越来越广泛的应用。传统的液压机设计方法大多停留在基于现有设计的改进优化,不能满足新型液压机装备设计的需求。本文展开了对于不确定条件下液压机支承结构拓扑优化设计方法的研究,从概率不确定性分析与建模、基结构的设计、不确定性拓扑优化求解三个方面进行论述,并将其应用于大吨位液压机支承结构的拓扑优化设计中。论文主要内容如下:第一章对于液压机结构拓扑优化设计的研究意义与现状进行阐述,针对液压机结构的优化设计方法研究,离散结构的拓扑优化方法研究,拓扑优化基结构的设计方法研究与基于不确定理论的拓扑优化方法研究的现状进行了总结,提出了本文的研究框架。第二章对基于概率模型的不确定性进行分析。对概率不确定性理论进行阐述,基于随机不确定性描述了支承结构的可靠性指标与稳健性指标。同时,针对有限元模型计算量过大的缺陷,采用代理模型的方式进行真实模型的替代,最后基于代理模型提出了结构性能指标统计矩的估算方法,将其应用于稳健性指标的计算过程中。第三章研究了支承结构基结构的设计方法。提出了基于载荷路径的板系基结构的构建方法。对支承结构的载荷工况进行分析,找出其承载板上相应的载荷路径,并将其可视化。考虑载荷路径在承载结构中的相应位置,将基结构中节点位置在其路径中进行分布。基于解析式的工程分析方法对所需传力板的数量进行估计并与载荷路径相结合进行节点数量的确定,最终确定板系基结构的具体排布。第四章研究了不确定性条件下支承结构的拓扑优化方法。采用离散拓扑优化的方法对板系结构进行优化设计,在支承结构的初始设计阶段为设计人员提供一个概念性的设计方案,使得支承结构的材料应用于最合理的位置,达到整体结构轻量化的目的。考虑制造与运行过程中的不确定性,在离散结构拓扑优化数学模型的基础上,对支承结构的基结构进行可靠性与稳健性拓扑优化,使得结构的设计在经济性与安全性间趋于一定平衡,最终形成传力板布局、尺寸的最优设计方案。第五章结合浙江大学与企业合作开展的“液压机支承结构仿真与轻量化设计”项目的需求,针对大吨位拉伸液压机的支承结构进行拓扑优化设计,首先将承载板载荷路径可视化并进行基结构设计,然后考虑设计过程中的不确定性进行下横梁结构的可靠性与稳健性拓扑优化,最后将拓扑优化结果应用于实际结构中,进行了下横梁结构的重构,并采用仿真分析的方式验证确认了方法的有效性。第六章对全文的研究内容进行总结,并基于现有研究基础对未来研究的目标与改进提出展望。