随着工业技术的迅猛发展,国内外市场对橡胶机械提出了更高要求。复合挤出机作为橡胶制品的先进加工设备,在当今橡胶机械领域中具有重要地位,其自主开发能力,是衡量我国基础制造业技术水平的指标之一。立足于现有复合挤出机头,运用有限元方法,系统研究其整体静、动刚度特性,以分析结果作为轻量化设计依据,通过拓扑优化手段,完成材料优化分布,提出新的机头构型,并对创新构型刚度特性进行校验,验证轻量化结果有效性。全文获得研究成果如下:运用Solid Works软件平台建立装备三维实体模型,对复合挤出机机头结构特性进行分析,简要阐述上下机头液压锁紧方案,定量计算工作状态下,机头各处液压及机械载荷,确定清晰的边界条件,为后续刚度分析及轻量化设计奠定基础。依据有限元分析理论,通过ANSYS软件对复合挤出机机头结构静、动刚度进行分析,生成整机及各部件应力、应变云图、各阶固有频率及相应阵型云图,获得定量分析结果并进行评价,寻找薄弱环节,为结构改进提供理论依据和指导。结合有限元分析结果,将变密度法拓扑优化应用于复合挤出机机头轻量化设计中,通过迭代计算获得设计空间内材料最优分布模型,并以此为依据,基于工程实际需求对优化结构进行可制造化处理,建立数字化样机。有限元验证结果表明,改进方案较原有方案减重8.90%,满足动静刚度设计需求,且具有更佳的等效应力分布特性,达到轻量化设计目的,优化结果有效。