[發(fā)明專利]基于P范數(shù)的多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310354308.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103488813A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)紅;周瑩;谷小軍;高歡歡;張亞輝;朱繼宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。特別涉及一種基于P范數(shù)的多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

參照?qǐng)D1。多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)這一設(shè)計(jì)模式涵蓋了多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品，如航空航天飛行器、船舶、汽車(chē)和機(jī)械等。由于其復(fù)雜的服役狀況和苛刻的性能要求，多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的力學(xué)性能設(shè)計(jì)問(wèn)題在航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域尤為突出。由于組件和結(jié)構(gòu)都具有其自身的質(zhì)量和剛度，因此組件的擺放和結(jié)構(gòu)的構(gòu)型這兩方面布局因素從根本上決定了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的綜合力學(xué)特性。為了保證飛行器的平衡與穩(wěn)定性并避免設(shè)備或結(jié)構(gòu)的損壞，需要對(duì)這兩種布局問(wèn)題進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本工作將多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同布局設(shè)計(jì)稱為整體式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參照?qǐng)D2。文獻(xiàn)“Zhu?J.H.,Beckers?P.Zhang?W.H.,On?the?multi-component?layout?design?with?inertial?force.Journal?of?Computational?and?Applied?Mathematics.2010,234(7):2222-2230”公開(kāi)了一種多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這種方法結(jié)合了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)和裝填布局優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一定裝填區(qū)域內(nèi)組件的位置布局和支撐連接結(jié)構(gòu)形式同時(shí)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)公開(kāi)了使用有限包絡(luò)圓法來(lái)解決組件干涉問(wèn)題。對(duì)于任意外形輪廓的組件采用有限個(gè)包絡(luò)圓（三維組件為包絡(luò)球）近似描述該組件的外形，若兩個(gè)組件之間的任意兩個(gè)包絡(luò)圓都不干涉，則這兩個(gè)組件不干涉。即若有n個(gè)組件，第i個(gè)組件(i＝1,2,.n..,用)N_i個(gè)包絡(luò)圓近似，則約束這n個(gè)組件不發(fā)生干涉需要有Σi=1n-1Σj=i+1nNiNj]]>個(gè)約束方程。

參照?qǐng)D3。文獻(xiàn)公開(kāi)的多組件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法采用背景網(wǎng)格結(jié)合密度點(diǎn)技術(shù)，將設(shè)計(jì)域劃分為固定規(guī)則的背景網(wǎng)格，在背景網(wǎng)格中定義密度點(diǎn)，選出組件嵌入?yún)^(qū)域，將該區(qū)域的幾何模型和有限元網(wǎng)格清除，將組件的幾何模型嵌入到支撐結(jié)構(gòu)的幾何模型中，以組件和支撐結(jié)構(gòu)哦的幾何邊界為界建立過(guò)渡面，在組件區(qū)域和過(guò)渡面上分別劃分四邊形和三角形有限元網(wǎng)格。

除了組件和組件之間的干涉約束之外，裝填布局優(yōu)化還需要保證組件完全包容在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部，文獻(xiàn)采用半徑較大的包絡(luò)圓對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域的多邊形邊界進(jìn)行分段近似，此時(shí)包容約束同樣可以近似采用圓心距離函數(shù)來(lái)描述。即若有n個(gè)組件，第i個(gè)組件(i＝1,2,...,n)用N_i個(gè)包絡(luò)圓近似，設(shè)計(jì)域由M個(gè)包絡(luò)圓近似，則約束這n個(gè)組件不發(fā)生干涉并包容在設(shè)計(jì)域內(nèi)需要有個(gè)約束方程。

文獻(xiàn)公開(kāi)的方法雖然能夠解決約束組件之間、組件與設(shè)計(jì)域邊界的干涉問(wèn)題，但是引入了大量約束方程。例如若判斷有4個(gè)組件、每個(gè)組件用4個(gè)包絡(luò)圓近似，設(shè)計(jì)域用4個(gè)包絡(luò)圓近似的干涉問(wèn)題，共需要判斷160次兩個(gè)圓的圓心距離與半徑和的相對(duì)大小（160個(gè)約束方程）。如此多的約束方程個(gè)數(shù)導(dǎo)致拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題難以進(jìn)行或者難以收斂。

發(fā)明內(nèi)容