[發明專利]一種用于消除薄膜結構拉伸褶皺的優化設計方法

有效

• 申請號: 201710011463.1
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106777768B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 羅陽軍;亢戰;李明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種用于消除薄膜結構拉伸褶皺的優化設計方法，其特征在于以下步驟：

第一步，對薄膜結構進行無皺化拓撲優化

(1)根據結構的尺寸要求和實際加載情況確定設計域，建立薄膜結構拓撲優化初始設計；在設計域中施加荷載和約束邊界，劃分有限元單元網格；

(2)建立薄膜結構無皺化拓撲優化模型，使薄膜結構的整體剛度最大化或者整體柔順性最小化

a)約束一：每個有限元單元最小主應力大于零，即其中，e為有限元單元編號，σ₂為最小主應力；

b)約束二：確定薄膜面積用量，作為面積約束上限；所述的薄膜面積用量為設計域面積的60％-90％；

c)設計變量：設計域內有限元單元的相對密度ρ_e，ρ_e取值為α和1之間，代表單元處薄膜材料的分布；其中，α是一個遠小于1的正數；

(3)根據步驟(2)建立的拓撲優化模型，對約束一等效變換為其中I₁和J₂分別為有限元單元的應力第一和第二不變量；

(4)對步驟(3)變換后的約束采用約束松弛處理，避免應力奇異解現象；采用SIMP懲罰策略和優化算法進行迭代求解，得到薄膜結構最優材料分布；

第二步，對薄膜結構進行形狀優化設計

在得到的薄膜結構拓撲的基礎上，對薄膜結構邊界及孔洞的具體幾何參數進行優化，考慮最小主應力約束，獲得更加詳細和準確的結構形狀參數。

2.根據權利要求1所述的優化設計方法，其特征在于，第一步中所述的約束松弛處理包括ε松弛方法或qp松弛方法。

3.根據權利要求1所述的優化設計方法，其特征在于，所述的約束松弛處理包括cosine-type松弛方法，其中cosine-type松弛函數的表達式為θ＝(1-cos(ρ_e·π))/2。

4.根據權利要求1或2或3所述的優化設計方法，其特征在于，所述的優化算法為準則法、MMA算法、ESO方法或Level set方法。