单层热压机框板的优化设计属于企业工程项目研究领域,课题来自北方重工集团有限公司(以下简称北方重工)的新产品开发项目。三缸反压式单层热压机是北方重工新开发的产品,该产品由于需要承受大的载荷,工况比较恶劣,所以该产品重量较大、成本相对较高,迫切需要减轻重量,降低成本。在热压机的整体构成中,框板在热压机中占了50%左右的重量,对框板进行优化设计可以有效减轻设备重量,大幅度降低成本,从而增加产品的竞争力。结构拓扑优化方法是一个非常有效的减重方法,与尺寸优化和形状优化相比,拓扑优化的经济效益要更大。本文结合企业实际问题,探讨了基于结构拓扑优化的单层热压机框板的优化设计方法,并运用该设计方法实现了单层热压机框板的优化及轻量化设计。具体研究内容如下：(1)结构特性分析及建模：对热压机和框板结构进行分析,得出准确的载荷分布、约束条件等基本信息。(2)拓扑优化的概念模型设计：采用基于有限元法的结构拓扑优化技术,根据热压机的典型载荷工况及结构特点,对框板分别进行单载荷、多载荷的二维拓扑优化和三维拓扑优化,得到不同条件下框板的材料分布图,并对优化结果和过程曲线进行分析判断,形成拓扑优化的概念模型。(3)结构详细性能设计：按照体积减少15%的拓扑优化的概念模型,为了确定最佳尺寸,对框板进行尺寸优化设计。利用ANSYS软件的尺寸优化模块,对框板上部、下部开孔及倒角的尺寸进行优化,确定最终尺寸。(4)优化性能评价：对比分析该框板结构的优化前后的刚度质量比、应力、安全系数,证明优化后的框板结构优于原结构,表明拓扑优化理论用于热压机框板的优化设计时可行的。最终得到的框板结构,在保持刚度质量比和安全系数不变的前提下,框板零部件的重量减轻了16.5%,热压机设备总体重量减轻了8.88%,总体减重67.2吨,解决了新产品的设备重量过大的问题,优化后的框板结构得到了企业的认可。