[發明專利]一種主動控制結構動剛度的記憶合金驅動件優化布局方法

有效

• 申請號: 201610049017.5
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105718684B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 李寶童;洪軍;蔣翔俊;劉宏磊;楊梓輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種主動控制結構動剛度的記憶合金驅動件優化布局方法，利用剛度等效法計算出受到記憶合金絲拉力作用下的結構模態特性，然后利用MMA方法對記憶合金絲布局位置進行迭代優化，從而得到記憶合金絲布局的最優解，使用本方法進行設計時，記憶合金絲的布局不必受限于主觀設定有限元網格，能夠自由布置，從而比傳統設計的結果更接近最優解。

技術領域

本發明屬于結構的模態特性、動剛度控制技術領域，具體涉及一種主動控制結構動剛度的記憶合金驅動件優化布局方法。

技術背景

結構的模態特性由結構本身的質量分布以及動剛度共同決定，而結構的動剛度由自身屬性與所受應力的大小、位置共同決定，所以通過合理布置加載力的位置和大小可以實現對結構動剛度及模態特性的主動控制。工程中通常利用記憶合金絲作為驅動元件控制加載力的大小，并使用遺傳算法或其改進算法確定力的加載位置，但是使用這種方法時，加載的力必須位于人為設定的有限元網格節點上，因此尋優的范圍被大大縮減，很難得到最優結果。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種主動控制結構動剛度的記憶合金驅動件優化布局方法，能夠確定記憶合金絲的最優布局，從而得到最好的剛度控制效果。

為達到上述目標，本發明采取的技術方案為：

一種主動控制結構動剛度的記憶合金驅動件優化布局方法，包括以下步驟：

1)、確定目標函數及設計變量：

設定優化目標函數為

其中C為設計變量，它是由所有記憶合金絲端點坐標構成的向量；為第b次迭代后待優化結構的a階模態固有頻率，為記憶合金絲初始布局時的待優化結構a階模態固有頻率；

2)、建立模型：

在有限元軟件中使用shell63單元建立不包含記憶合金絲的待優化結構的有限元模型，該模型稱為基結構模型；導出基結構模型的整體剛度矩陣KKG與整體質量矩陣M，假設整個基結構有n個節點，那么矩陣KKG和M為6*n階矩陣；

3)、布置記憶合金絲的初始位置：

在基結構模型中均勻地布置等長的記憶合金絲，以此作為初始的記憶合金絲布局；初始布局達到均勻稀疏的涵蓋整個基結構表面；將記憶合金絲的端點坐標記錄到向量C中，并在下面的迭代優化中不斷更新向量C；

4)、對記憶合金絲進行設置：

設定每根記憶合金絲只對基結構提供恒定的拉力，且拉力相同，同時不依靠記憶合金絲自身的剛度為基結構模型提供加強作用，其實現方式為：將記憶合金絲通過螺栓連接在基結構模型表面；

5)、求解各個記憶合金絲的應力剛化剛度矩陣并將其組裝：

編輯程序得出所有記憶合金絲在基結構模型坐標系下的應力剛化剛度矩陣，這里得到用變量C表示出的單元應力剛化剛度矩陣KK；假定總共有m根記憶合金絲，定義每一根記憶合金絲都是一個獨立單元，每個單元有2個節點12個自由度，那么能夠得到m個單元應力剛化剛度矩陣KK_t(t＝1、2…...m)每個矩陣均為12階方陣；將各個記憶合金絲的單元應力剛化剛度矩陣KK_t(t＝1、2…...m)依次沿對角線拼接在一起，形成一個12*m階的總應力剛化剛度矩陣K，其中沒有被定義到的元素均置為零；

6)、使用剛度等效法將總應力剛化剛度矩陣K與基結構模型整體剛度矩陣KKG進行融合，從而得到整個結構的總剛度矩陣KBB，其具體方法為：

6.1)求解轉換矩陣T：

求解H：