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液压支架作为重型特种机械设备，在交易过程中大都以重量作为合同的结算方式，轻型支架可以降低客户的投入成本，因此轻型液压支架越来越受到客户的青睐。有些矿井由于设备下井尺寸和重量限制，要求液压支架的体积不能太大，重量不能太重，因此在液压支架设计过程中，在保证液压支架使用可靠性的前提下降低液压支架的重量成了必须考虑的设计因素。

另一方面，在实际生产过程中，液压支架部件和零件尺寸较大、重量较重，为保证液压支架生产制造的精度，对制造过程中的生产设备提出了更高的要求，同时在设计过程中就要更多地考虑液压支架生产制造过程中的吊装、转运及人员作业的安全问题。因此，在满足液压支架功能和使用可靠性的前提下降低液压支架的重量，有利于保证液压支架的生产制造的精度，提高生产制造过程的安全性。

随着综采技术的发展，对液压支架设计提出了更高的要求，液压支架既要保证完善的性能和可靠性，又要尽可能地减轻重量。在设计过程中，各构件适当减薄钢材厚度，但保持足够的箱形高度，采用局部补强和近似等强度的设计方法，达到既保证足够强度又减轻重量的双重目标。

当前液压支架结构部件所使用的高强度板材的材质主要以Q890及Q690为主，辅助板材以Q550及Q460为主。在实际设计过程中常采用校核结构部件危险截面的安全系数；在液压支架减重设计中，传统的方法是通过校核液压支架结构部件危险截面的安全系数，在保证危险截面安全系数符合标准的情况下，减薄板材或降低结构部件箱形结构的高度达到减重的目的。这是一种粗放的减重方法，对于设计不精细的产品来说可以满足要求，但是这种方法没有准确的量化指标，设计出来的结构依然存在一些冗余的重量，因此需要找到一种高效可靠的液压支架轻量化设计方法。

首先将液压支架三维模型导入到Hypermesh中，为提高前处理过程的效率、方便建立有限元模型，先对三维模型进行简化，忽略对结构强度分析影响较小的工艺小孔、倒角或圆角等。然后对三维模型的板材进行抽取中面处理，将抽取好的中面之间建立刚性约束，使抽取的各个零件之间建立关系，建立液压支架结构件中所用到的材料属性，对每个中面赋予材料属性。设置与优化变量（部分板厚）对应的优化空间，然后将其与优化变量的单元属性联系起来。将不同的部件之间建立连接，为模型建立约束和力，将整个模型的质量设置为响应并建立约束条件，将其限制在一定的范围内。经过计算得到液压支架结构部件的板厚参数，根据这些参数对实际设计的产品进行优化。

本文以液压支架为研究对象，阐述了Hypermesh在液压支架轻量化设计中的应用，可以提高设计效率，缩短设计周期，减少液压支架冗余的重量，同时为更进一步的液压支架拓扑结构优化奠定基础。