[發明專利]一種求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法

有效

• 申請號: 201910384617.0
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110287512B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 段利斌;羅欣;江浩斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，定義設計空間、材料屬性、載荷工況以及初始設計；

步驟(2)，執行外層循環

進行碰撞仿真分析，根據碰撞仿真分析結果計算內能密度和全局輸出響應基于當前的結構響應和設計點的狀態，利用目標質量更新規則為內層循環定義新的目標質量M^*(k)；其中：i指的是第i個元胞，k指的是第k次外層循環；

所述設計點的狀態表述為“可行解”和“不可行解”；

所述目標質量更新規則為：當設計點為可行解時，外層循環降低目標質量；當設計點為不可行解時，外層循環增加目標質量；直到相鄰兩個設計點出現一個為可行解、另外一個為不可行解時，將使用有限步長二分法在這兩個設計點之間進行局部搜索；

所述有限步長二分法的執行過程為：

步驟(2.1)，執行初始點的碰撞仿真分析，令初始結構的目標質量為M^*(0)，如果設計點是“可行解”，有：M^*(1)＝M^*(0)-ΔM，如果設計點是“不可行解”，則有：M^*(1)＝M^*(0)+ΔM，直到相鄰兩個設計點的狀態不同，其中M^*(1)表示為內層循環定義的新的目標質量，ΔM表示預先定義的質量變化量；

步驟(2.2)，在最近的兩個不同狀態的設計點之間進行局部搜索，假設第k次外層循環的狀態為“不可行解”、第k-1次外層循環的狀態為“可行解”，有限步長二分法將在[M^*(k-1),M^*(k)]范圍內進行搜索，接下來的質量變化量將減少為上一次迭代的一半：其中p表示有限步長二分法已經迭代的次數；

步驟(2.3)，若并且設計的狀態為“可行解”，則退出有限步長二分法的局部搜索；若并且設計的狀態為“不可行解”，則繼續執行有限步長二分法的局部搜索；其中表示利用有限步長二分法進行局部搜索的最小迭代次數，表示利用有限步長二分法進行局部搜索的最大迭代次數；

步驟(3)，執行內層循環

利用目標內能密度更新規則更新內層循環的目標內能密度S^*(j+1,k)，利用元胞厚度更新規則，根據當前元胞及其鄰胞的內能密度值調整元胞厚度，使得有限元模型的實際質量收斂于目標質量M^*(k)，并且使得設計域內的內能密度趨于均勻化分布；其中，j指的是第j次內層循環；

步驟(4)，檢查是否滿足全局收斂條件，若滿足全局收斂條件，獲得最優設計結果；若不滿足全局收斂條件，重復執行步驟(2)-步驟(4)，直至收斂。

2.根據權利要求1所述的求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，所述目標內能密度其中M^*(k)表示第k次外層循環更新得到的目標質量，M^(j,k)表示第k次外循環、第j次內層循環由厚度更新得到的實際質量，S^*(j,k)為第k次外循環、第j次內循環的目標內能密度。

3.根據權利要求2所述的求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，所述調整元胞厚度是根據厚度變化量進行的，厚度變化量其中K_p為比例控制系數，和分別為第i個元胞的厚度最小值和最大值，為第i個元胞在第k次外循環的當前內能密度。

4.根據權利要求2所述的求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，所述元胞厚度滿足的軋制工藝約束：(a)同一VRB板材的最大厚度下壓量應小于等于50％；(b)過渡區的斜率必須在1:100之內。

5.根據權利要求1所述的求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，所述內層循環的收斂條件為：|M^(j,k)-M^*(k)|ε₁，ε₁是質量收斂因子，M^(j,k)表示第k次外循環、第j次內層循環由厚度更新得到的實際質量。

6.根據權利要求1所述的求解制造約束下變厚度薄壁結構最優厚度分布的混合元胞自動機方法，其特征在于，所述全局收斂條件為：(1)外層循環的迭代次數k超過預先定義的最大迭代次數k_max；(2)有限步長二分法搜索期間，若出現并且設計的狀態仍然是“不可行解”；(3)其中為第i個元胞在第k次外層循環的元胞厚度，ε₂表示全局收斂因子，N為元胞的總數。