一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法
专利汇可以提供一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法。利用有限元思想对设计域进行网格划分并提取单元的 节点 信息；创建优化目标函数、添加约束和荷载，通过计算目标函数灵敏度并完成灵敏度过滤，来 迭代 更新设计域单元相对 密度 值；判断达到收敛条件时，输出具有灰度单元的拓扑构型；然后将灰度单元数值置为1，同时将结构内部细小孔洞填满，形成离散0-1矩阵形式的初始拓扑构型；引入边界函数对初始拓扑构型进行形状尺寸优化，最终获得满足约束条件的最优设计结构。本发明解决了传统拓扑优化中灰度单元对结构可制造性的影响，同时引入边界函数对初始拓扑构型进行形状尺寸优化以消除嵌入结构内部的细小孔洞，减小了连续体结构在 制造过程 中的复杂度。，下面是一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法专利的具体信息内容。
1.一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、为连续体结构创建设计域，进行结构离散化和有限元网格划分，得到节点与单元的编号信息；
S2、通过有限元分析，得到单元的节点位移与节点力信息；
S3、创建需要优化的目标函数，并添加实际工况下的约束条件和荷载信息；
S4、计算单元目标函数的灵敏度，并完成灵敏度过滤，根据新的灵敏度数值来更新设计域的单元相对密度；
S5、迭代收敛判断，当优化的目标达到收敛标准时，优化迭代结束，执行步骤S6，否则重复步骤S2至步骤S5；
S6、提取设计域单元相对密度值，将所有灰度单元的相对密度值和嵌入结构内部的细小孔洞单元相对密度值均置为1，以形成离散0-1矩阵形式；
S7、根据获得的拓扑构型创建边界函数；
S8、通过有限元分析，得到单元的节点位移与节点力信息；
S9、计算当前结构的形状灵敏度和拓扑灵敏度；
S10、迭代收敛判断，当优化的目标达到收敛标准时，优化迭代结束，执行步骤S12，否则执行步骤S11；
S11、根据新的灵敏度数值来更新设计域的单元相对密度，并重复执行步骤S7至步骤S10；
S12、输出优化结果，得到具有可制造性的最优连续体结构。
2.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S1中，在对设计域进行网格划分时，应留意增加网格带来的经济性，根据实际应用比较前后两次网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差较大，应当继续增加网格并重新进行拓扑优化的计算，相反则满足要求停止计算。
3.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S8中，获得的节点位移信息包括但不限于节点编号及坐标、单元的节点位移分量大小及方向信息。
4.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S8中，获得的节点力信息包括但不限于单元边界上的表面力、单元上的体积力和集中力信息通过等效方式移植到节点上去，利用等效节点力来替代所有作用在单元上的力。
5.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S3中，目标函数的优化目标包括但不限于结构刚度特性优化、结构固有频率性能优化、结构动态特性优化。
6.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S3中，实际工况的约束条件包括但不限于结构位移约束条件、结构材料属性约束条件、结构制造加工精度约束条件。
7.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S4中，在单元相对密度值中引入惩罚因子p和最小过滤半径rmin，采用下式计算目标函数灵敏度：
同时，通过下式完成目标函数灵敏度过滤：
Hf＝rmin-dist(e,f)
式中，F为目标函数，x为单元相对密度，[U]为单元节点位移矩阵，[K]为单元刚度矩阵，dist(e,f)为两节点之间的最短距离，e、f为单元节点编号，N为连续体结构进行有限元划分所得到的总单元数目，Hf为卷积算子。
8.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S4和步骤S11中，对结构优化的数学模型构造成下式的拉格朗日函数形式，采用标准KKT(Karush-Kuhn-Tucker)最优化条件完成迭代优化，来更新设计域的单元相对密度数值：
式中，λi为常系数，hi(x)为结构优化中添加的约束条件。
9.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S5和步骤S10中，通过下式对前后两次优化中的设计域体积改变量进行计算，当改变量小于设定标准值时达到收敛标准，从而跳出迭代循环：
|Vnew-Vreq|≤ε
式中，Vnew为当前结构优化得到的拓扑构型体积量，Vreq为上一次结构优化得到的拓扑构型体积量，ε为设定的前后两次优化结果体积改变量的标准值。
10.如权利要求1所述的连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法，其特征在于，在步骤S6中，借助但不限于编程的方式，实现将所有非空洞区域的单元相对密度值和嵌入结构内部的细小孔洞单元相对密度值均置为1，将大孔洞区域的单元相对密度数值均置为0，形成0-1离散形式的单元相对密度矩阵；
在步骤S7中，通过下式提取初始拓扑构型中的边界轮廓，完成边界函数的创建：
式中， 为高维标量函数ψ对时间t进行求导以反映结构的边界演化情况，v为单元的相应敏感度；
在步骤S9中，通过下式计算形状灵敏度和拓扑灵敏度：
式中，Ω为结构设计域，λ和μ为固体材料的拉梅常数。
一种连续体结构拓扑与形状尺寸综合优化方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 基于Matlab的空间磁场均匀性分析方法 | 2020-05-08 | 98 |
| 一种骨骼肌肌束有限元模型的建模方法 | 2020-05-11 | 467 |
| 一种基于岩心残余应力水平预测水力裂缝复杂性的方法 | 2020-05-11 | 769 |
| 一种非接触测量GIS设备位移反演应力的方法 | 2020-05-13 | 562 |
| 回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法 | 2020-05-13 | 377 |
| 基于现场检测与数值仿真相结合的PCCP管道断丝的检测方法 | 2020-05-11 | 843 |
| 基于OpenSees与MATLAB的逐步增量动力分析与数据处理方法 | 2020-05-11 | 110 |
| 一种复合材料异形壳的纤维路径与几何形状一体化设计方法 | 2020-05-12 | 794 |
| 一种高速压力机底座动态特性的可靠性设计方法 | 2020-05-12 | 984 |
| 一种曲面显示面板及其参数选择方法 | 2020-05-12 | 57 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
