一种动态多分区功能梯度点阵结构优化方法及系统.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CN114117863A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111454753.6(22)申请日2021.12.01(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人徐亮(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人赵兴华(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G16C60/00(2019.01)权利要求书3页说明书10页附图5页(54)发明名称一种动态多分区功能梯度点阵结构优化方法及系统(57)摘要本发明涉及一种动态多分区功能梯度点阵结构优化方法及系统，该方法包括：获取待优化结构的连续变化的微结构库；获取微结构库的等效性质矩阵，等效性质矩阵中各元素表示各等效性质与结构变量的变化曲线；将待优化结构的设计域离散为有限元模型；根据各单元的当前结构变量值和当前转角变量值确定有限元模型的位移场；根据位移场和设定分区准则对有限元模型进行分区；将第i个分区内各单元的当前结构变量值调整为第i个分区内所有单元的平均结构变量值；以结构柔顺性作为优化目标，调整各单元的当前结构变量值和当前转角变量值，直到满足收敛条件，输出各单元的当前结构变量值和当前转角变量值。本发明提高了结构优化性能。CN114117863ACN114117863A权利要求书1/3页1.一种动态多分区功能梯度点阵结构优化方法，其特征在于，包括：获取待优化结构的连续变化的微结构库；获取所述微结构库的等效性质矩阵，所述等效性质矩阵中各元素表示各等效性质与结构变量的变化曲线；将所述待优化结构的设计域离散为有限元模型，为所述有限元模型中各单元初始化结构变量值和转角变量值；根据各单元的当前结构变量值和当前转角变量值确定所述有限元模型的位移场；根据所述位移场和设定分区准则对所述有限元模型进行分区；将第i个分区内各单元的当前结构变量值调整为第i个分区内所有单元的平均结构变量值；以结构柔顺性作为优化目标，以总材料用量约束、相邻分区之间的结构变量值的距离约束和各单元的转角变量值的界限约束调整各单元的当前结构变量值和当前转角变量值；判断所述结构柔顺性是否满足收敛条件；若不满足收敛条件，则返回步骤“根据各单元的当前结构变量值和当前转角变量值确定所述有限元模型的位移场”；若满足收敛条件，则输出各单元的当前结构变量值和当前转角变量值。2.根据权利要求1所述的动态多分区功能梯度点阵结构优化方法，其特征在于，所述结构变量包括体分比。3.根据权利要求1所述的动态多分区功能梯度点阵结构优化方法，其特征在于，所述根据各单元的当前结构变量值和当前转角变量值确定所述有限元模型的位移场，具体包括：根据各单元的当前结构变量值和当前转角变量值计算各单元的等效刚度矩阵；根据各单元的所述等效刚度矩阵计算各单元的组集单元刚度矩阵；根据各单元的所述组集单元刚度矩阵计算结构总刚度矩阵；根据所述结构总刚度矩阵确定所述有限元模型的位移场。4.根据权利要求1所述的动态多分区功能梯度点阵结构优化方法，其特征在于，所述根据所述位移场和设定分区准则对所述有限元模型进行分区，具体包括：根据所述位移场以单元应变能为分区条件将所述有限元模型分为多个分区，或者根据所述位移场以单元Mises应力为分区条件将所述有限元模型分为多个分区。5.根据权利要求1所述的动态多分区功能梯度点阵结构优化方法，其特征在于，所述以结构柔顺性作为优化目标，以总材料用量约束、相邻分区之间的结构变量值的距离约束和各单元的转角变量值的界限约束调整各单元的当前结构变量值和当前转角变量值的优化目标函数表示为：minimizeC＝U′TK′U′s.t.K′U′＝FPi≤Pi+1‑ΔP(i＝1,2,…,N‑1)0≤pei′≤1,θmin≤θe≤θmax(e＝1,2,…,ne)其中，C表示结构柔顺性，U’表示位移场，K’表示组集结构总刚度矩阵，F表示外载荷向2CN114117863A权利要求书2/3页*量，ne表示单元的数量，pe′表示第e个单元的结构变量值，v表示所述总材料用量，Pi表示第i个分区的结构变量值，Pi+1表示第i+1个分区的结构变量值，ΔP表示所述相邻分区之间的结构变量值的距离约束，θe表示第e个单元的转角变量值，θmin表示转角变量最小值，θmax表示转角变量最大值，N表示分区的数目。6.一种动态多分区功能梯度点阵结构优化系统，其特征在于，包括：微结构库获取模块，用于获取待优化结构的连续变化的微结构库；等效性质矩阵获取模块，用于获取所述微结构库的等效性质矩阵，所述等效性质矩阵中各元素表示各等效性质与结构变量的变化曲线；有限元模型确定模块，用于将所述待优化结构的设计域离散为有限元模型，为所述有限元模型中各单元初始化结构