專利名稱：基于約束方程的固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，特別涉及一種基于約束方程的固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
參照

圖1 2。在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，固體重量壓力載荷下的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)是一類典型的工程問(wèn)題，絕大多數(shù)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)仍局限于求解固定載荷下具有確定邊界與設(shè)計(jì)域的設(shè)計(jì)問(wèn)題，即在拓?fù)鋬?yōu)化迭代過(guò)程中，載荷不發(fā)生變化；載荷施加位置的材料邊界不發(fā)生變化；設(shè)計(jì)域不發(fā)生變化。不確定邊界的設(shè)計(jì)問(wèn)題的難點(diǎn)在于:由于固體重物與支撐結(jié)構(gòu)的接觸面2可能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致固體重物壓力I施加到支撐結(jié)構(gòu)上的總力發(fā)生變化。參照?qǐng)D3。文獻(xiàn) I “Tong Gao and We1-hong Zhang, Topology optimizationof multiphase material structures under design dependent pressure loads，International Journal for Simulation and Multidisciplinary DesignOptimization.3，297-306(2009) ”公開(kāi)了一種固定載荷重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)引入壓力懲罰模型:
權(quán)利要求
1.一種基于約束方程的固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟: Ca)通過(guò)結(jié)構(gòu)的CAD模型建立有限元模型，定義載荷和邊界條件，將與載荷接觸的材料邊界上的節(jié)點(diǎn)的與載荷同方向自由度耦合，即滿足公式: Uk,l = Uk’2 =…=Uk’m =…=Uk’M ⑴ 式中，k為結(jié)構(gòu)所處坐標(biāo)系的k方向，k為x、y或者Z ；M為載荷接觸的邊界上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；uk，m為載荷接觸邊界上第m個(gè)節(jié)點(diǎn)在k方向的位移； (b)建立拓?fù)鋬?yōu)化模型為:
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于約束方程的固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，用于解決現(xiàn)有固體重量壓力載荷下的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法優(yōu)化結(jié)果性能差的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是在與載荷接觸的邊界上引入位移約束方程，將與載荷接觸的邊界上的點(diǎn)與載荷同方向的自由度約束設(shè)計(jì)為相等。這樣即使在拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中邊界上的材料發(fā)生變化，但是由于接觸面所有節(jié)點(diǎn)與載荷同向的自由度被約束為相等，壓力載荷的大小和方向也能保持不變，提高了優(yōu)化模型的優(yōu)化結(jié)果性能。應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后支撐結(jié)構(gòu)的柔順度為0.0648mJ；而應(yīng)用文獻(xiàn)2方法將載荷接觸面定義為非設(shè)計(jì)域，優(yōu)化后支撐結(jié)構(gòu)的柔順度為0.0967mJ；檢測(cè)證明應(yīng)用本發(fā)明方法所得到的優(yōu)化結(jié)果性能更好。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103217906SQ201310143269
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者谷小軍, 朱繼宏, 高歡歡, 李清, 李昱, 張衛(wèi)紅 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)