一种三维桁架结构点阵材料微结构优化设计方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115935747A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211628539.2G06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.12.17(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人李梅娥陈相均杨颖王吉玲(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师范巍(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/27(2020.01)G06T17/20(2006.01)G06F30/17(2020.01)G16C60/00(2019.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种三维桁架结构点阵材料微结构优化设计方法及系统(57)摘要本发明公开了一种三维桁架结构点阵材料微结构优化设计方法及系统，首先建立三维桁架结构点阵材料微结构单胞的静力学分析模型；根据建立的力学分析模型，并结合微结构单胞的结构参数，建立结构参数和力学性能参数的数据库；根据结构参数和力学性能参数的数据库并结合机器学习建立代理模型；以结构参数为设计变量，以力学性能参数为优化目标，对代理模型进行优化，得到最优力学性能参数所对应的微结构单胞的结构参数，根据结构参数设计微结构单胞。该将有限元方法、神经网络和贝叶斯优化方法结合在一起，可以通过较少的时间成本和计算成本设计出新的微结构单胞，有效解决超材料微结构优化设计问题计算成本高费时长的问题。CN115935747ACN115935747A权利要求书1/2页1.一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立三维桁架结构点阵材料微结构单胞的静力学分析模型；步骤2、根据步骤1建立的力学分析模型，并结合微结构单胞的结构参数，建立结构参数和力学性能参数的数据库；步骤3、根据结构参数和力学性能参数的数据库并结合机器学习建立代理模型；步骤4：以结构参数为设计变量，以力学性能参数为优化目标，对代理模型进行优化，得到最优力学性能参数所对应的微结构单胞的结构参数，根据结构参数设计微结构单胞。2.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，步骤1中采用三维梁单元建立微结构单胞，在软件ABAQUS中以三维桁架结构点阵材料的微结构单胞作为设计对象，构建微结构单胞的静力学分析模型。3.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，步骤2中建立数据库的方法如下：S2.1、参数化建立微结构单胞，微结构单胞的三个主方向同性，给微结构单胞施加周期性边界条件并做单轴压缩，得到等效杨氏模量模量；S2.2、改变微结构单胞的坐标，得到新的微结构单胞，并重复步骤S2.1计算得到对应的等效杨氏模量，从而建立微结构单胞的结构参数与等效杨氏模量的数据库。4.根据权利要求3所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，参数化建立微结构单胞的方法如下：S2.1、在微结构单胞的设计单元的八分之一区域建立两根桁架；S2.2、将两根桁架分在xy平面、yz平面、xz平面进行一次镜像操作，得到桁架组；S2.3、将步骤2中得到的桁架组分别沿x轴、y轴、z轴旋转90°，得到三个桁架单元；S2.4、将步骤3中得到的三个桁架单元装配得到完整的微结构单胞。5.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，步骤3中所述建立代理模型的方法具体如下：建立全连接神经网络模型，并采用数据库的数据对其进行训练，将结构参数作为输入，力学性能参数作为输出，根据全连接神经网络模型的输入和输出数据，建立结构参数与力学性能参数之间的映射关系，根据映射关系建立代理模型。6.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，步骤4中采用贝叶斯优化对代理模型进行优化。7.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，所述力学性能参数包括刚度、抗压强度、临界屈曲载荷、能量吸收率。8.根据权利要求7所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，所述优化目标为力学性能参数中至少一个参数指标。9.根据权利要求1所述的一种三维桁架结构点阵材料微结构设计方法，其特征在于，根据结构参数进行逆向设计，得到其优化后的微结构单胞。10.一种用于执行权利要求1‑9任一项所述三维桁架结构点阵材料微结构设计方法的系统，其特征在于，包括，静力学分析模块，用于建立三维桁架结构点阵材料微结构单胞的静力学分析模型；数据库模块，用于根据建立的力学分析模型，并结合微结构单胞的结构参数，建立结构2CN115935747A权利要求书2/2页参数和力学性能参数的数据库；代理模块，根据结构参数和力学性