考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109359372A(43)申请公布日2019.02.19(21)申请号201811172679.7(22)申请日2018.10.09(71)申请人苏州科技大学地址215009江苏省苏州市高新区科锐路1号(72)发明人杨勇刘威蒋全胜彭璇张元晶马振武殷振沈晔湖李华(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人吴飞(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法(57)摘要本发明公开一种考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，包括如下步骤：1)判断结构拓扑优化过程是否有结构-载荷-边界耦合存在；2)如果有结构-载荷-边界耦合存在，采用考虑结构-载荷-边界耦合影响的机械结构拓扑优化设计方法，在结构拓扑优化设计的每次迭代运算时均对载荷、边界条件进行更新，直到得到最终的结构拓扑优化设计结果；如果无结构-载荷-边界耦合存在，仅以结构材料分布为变量优化迭代。当存在结构-载荷-边界耦合时，通过本发明的优化设计方法可使得结构拓扑优化设计结果更加可靠与准确；而且先判断是否存在结构-载荷-边界耦合，有效避免了无结构-载荷-边界耦合时盲目更新导致的计算成本增加的问题。CN109359372ACN109359372A权利要求书1/1页1.一种考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)判断结构拓扑优化过程是否有结构-载荷-边界耦合存在；2)如果有结构-载荷-边界耦合存在，采用考虑结构-载荷-边界耦合影响的机械结构拓扑优化设计方法，在结构拓扑优化设计的迭代过程中，每一次迭代运算时均对载荷、边界条件进行更新，直到得到最终的结构拓扑优化设计结果；如果无结构-载荷-边界耦合存在，结构拓扑优化过程中仅以结构材料分布为变量进行优化迭代。2.根据权利要求1所述的考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，步骤1)中，分析优化结构所承受的载荷、边界条件是否对机械结构本身有依赖性，即是否会随着结构拓扑优化过程中结构的变化而发生变化，如果优化结构所承受的载荷、边界条件对机械结构本身有依赖性，说明结构拓扑优化设计过程中有结构-载荷-边界耦合存在；反之则无。3.根据权利要求1所述的考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，步骤2)中，每一次迭代运算时对所述载荷、边界条件进行更新的方法为：在结构拓扑优化设计的迭代过程中，根据本次结构拓扑优化设计迭代结果对载荷、边界条件进行更新，在更新后的载荷与边界条件下进行下一次结构拓扑优化设计迭代运算。4.根据权利要求1所述的考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，步骤2)中，所述考虑结构-载荷-边界耦合影响的机械结构拓扑优化设计方法具体包括以下步骤：(1)建立机械结构的有限元模型，并且对载荷、边界条件进行初始定义；(2)定义结构拓扑优化设计区域、优化约束条件、优化目标；(3)开始结构拓扑优化迭代计算，在结构拓扑优化设计的迭代过程中，当第n次结构拓扑优化设计迭代计算完成后，根据该次迭代计算结果对载荷、边界条件进行更新，在更新后的载荷与边界条件下进行第n+1次结构拓扑优化迭代运算，直到最终结构拓扑优化设计迭代计算完成；其中，n≥1，且为正整数。5.根据权利要求4所述的考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，当某次结构拓扑优化设计迭代计算收敛时，说明结构拓扑优化设计迭代计算完成，得到最终结构拓扑优化设计结果。2CN109359372A说明书1/5页考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种考虑结构-载荷-边界耦合影响的结构拓扑优化设计方法，属于机械结构优化领域。背景技术[0002]机械结构拓扑优化设计方法作为一种重要的机械结构优化方法，其一直以来都是相关领域内研究的重点。其以材料分布为优化对象，根据给定的载荷工况、优化约束条件和优化性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化，以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的材料分布方案。[0003]在结构拓扑优化过程中，常以某特定载荷下的变形、振动等为结构特性衡量指标。例如该载荷为惯性载荷时，其载荷大小会取决于结构本身质量，而载荷作用点会取决于结构质心。随着拓扑优化迭代过程中结构的不断变化，结构质量与质心会发生变化，惯性载荷的大小和作用点也会随着发生变化，从而引起结构在该载荷下的变形亦会变化，导致最终的结构拓扑优化结果会有所不同。可见：在拓扑优化设计过程中，结构自身的变化引起惯性载荷大小与作用点(受载边界条件)发生变化；而