双螺杆挤出机机筒作为挤出机的主要组成部分,是实现螺杆在其内部旋转加工推进物料的重要保障,是达到挤出生产过程中温度精准控制的主要操作装置。通常情况下,挤出机机筒要在热环境复杂,力作用多变的耦合场下运行,而且机筒与螺杆配合工作的间隙要限制在一定的范围内,因此,其结构刚度要满足一定的要求。目前,对机筒的结构设计与优化大多依赖于技术人员经验和实验研究的方法,随着工业应用要求的提高,这样的优化设计理念已不能满足人们的需求,所以需要借助计算机技术进行数值模拟计算从而实现机筒结构的设计与优化,本文就是针对重力热管式机筒开发出一种新的结构数值模拟计算与分析方法,并在此基础上采用拓扑优化方法进行机筒结构优化设计,从而得到了机筒的优化结构。根据重力热管式机筒结构,建立了一个简化的计算模型,并利用间接热流固耦合数值模拟方法对其进行结构分析。在计算分析完流体域的压力分布、温度分布以及不同操作条件下的特性情况后,将结果传递到固体结构上进行结构性能分析。固体结构场的模拟计算结果表明,在耦合载荷作用下,机筒内壁尖端位置处的温度最高,机筒外壁温度相对较低,机筒法兰温度最低。机筒在热流固耦合作用下的最大变形位置在法兰四周端点处,而最大等效应力出现在法兰与内外壁连接的结构突变位置处。通过研究不同操作条件下机筒的结构性能得出,机筒在耦合载荷作用下的最大变形量随着温度(热载荷)的增加而呈现明显的增大趋势,而随着压力的变化则很小。机筒在耦合载荷作用下的最大等效应力值随着温度和压力的增加而逐渐增大,当温度载荷增加的时候,压力值越小则机筒的最大等效应力值增大速度越快,当压力载荷增加的时候,温度越低则机筒的最大等效应力值增大速度越快。另外,随着温度载荷的增加,不同压力下的最大等效应力值之间的差量越来越小,呈现汇集于一点的趋势。因此,可以大胆推测出,在某一高温下,不同压力下的机筒最大等效应力值相等,应力出现极限平衡状态。最后,针对重力热管式机筒进行了拓扑优化设计。机筒经过拓扑优化设计后,其单节筒体重量减轻了4.04Kg,结构总变形量虽有小幅度增大,但只增加了0.001mm,可视为基本没有发生变化,结构的最大等效应力值降低了大约23%,机筒的安全系数大幅度提升,结构优化达到了预期目的。