[發明專利]基于特征驅動的翼面結構拓撲優化方法

有效

• 申請號: 201710558819.3
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107526866B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 趙宇博;朱繼宏;周瑩;王杰;張衛紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于特征驅動的翼面結構拓撲優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、建立翼面結構的表面框架蒙皮拓撲優化模型，定義表面框架蒙皮為非設計域，翼面內部為設計域；將翼面結構拓撲優化中的設計域離散為有限單元并作為固定網格；定義作為特征的梁的角度，位置和尺寸為設計變量，并給出初始值；

步驟二、利用水平集方法定義特征邊界，通過布爾操作構造梁特征，將多根梁進行組合進行交并操作：

Φ＝Φ₁(x)∪Φ₂(x)∪...∪Φ_n(x) (1)

式中，Φ-翼面加筋特征，n-特征數目，x-有限單元中點位置；設計域內的有限元單元被特征邊界分為三類，即完全在特征區域外，完全在特征區域內和與邊界相交，利用Heaviside函數對應表達三類有限元單元材料彈性模量數值：

式中，E₀-實體材料彈性模量，Φ-翼面加筋特征，Δ-特征邊界范圍，α-極小值；對翼面根部固定位置施加固定約束，翼面表面施加壓強載荷；

步驟三、翼面加筋布局優化以翼面結構總體應變能最小為目標，約束總的加筋體積及特征參數變量數值，具體滿足公式：

式中，J(u,Φ)-結構總應變能，u-位移向量，m-特征變量類型的數目，s-特征設計變量組合即特征數目，布局角度，位置和尺寸變量，J_D(Φ)-結構重力做功，J_Γ(Φ)-表示外力做功，-體積上限，-特征優化變量參數上限，s_i-特征優化變量參數下限；

步驟四、計算翼面結構應變能函數對于梁特征尺寸，位置和角度的靈敏度；

步驟五、根據上述求得的靈敏度進行優化，選取梯度優化算法，優化迭代得到結果。