[發明專利]一種肌肉式薄壁結構輕量化設計方法

在審

• 申請號: 202010519469.1
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111859482A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 閻琨;蔡賢輝;潘余;程耿東;孫國
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/23
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

1.一種肌肉式薄壁結構輕量化設計方法,其特征在于:包括以下步驟:

S1：確定受內壓部件的初始結構設計的幾何模型及邊界約束條件和載荷條件；

S2：基于受內壓部件的初始結構設計幾何模型，建立變厚度優化法的數值分析模型，數值分析模型中厚度可變薄壁區域為設計域，其他區域為非設計域；

S3：以最大化結構剛度為優化目標，并以材料用量等于設定值為優化約束條件，以設計域內單元厚度為設計變量，采用變厚度優化法獲得受內壓部件設計域內的最優厚度分布；

S4：基于設計域的最優厚度分布，建立最終的肌肉式薄壁結構輕量化設計幾何模型。

2.根據權利要求1所述的一種肌肉式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述肌肉式薄壁結構特征如下：受內壓部件內表面保持不變，外表面存在可見的光滑連續的厚度變化。

3.根據權利要求1所述的一種肌肉式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述受內壓部件的設計域為初始結構設計幾何模型的薄壁區域，所述受內壓部件的設計域需基于初始結構設計幾何模型薄壁區域的內表面采用殼單元進行網格劃分。

4.根據權利要求1所述的一種肌肉式薄壁結構輕量化設計方法，其特征在于：所述變厚度優化法獲得受內壓部件設計域內的最優厚度分布步驟如下：

S3-1:設定初始參數，包括初始厚度參數、收斂參數、設計域最大厚度h_max和最小厚度h_min，導入設計域網格單元編號、數目、截面屬性編號及對應的厚度信息，設定迭代步數k，初始迭代步數k＝1，初始化設計變量向量h^k；

S3-2:基于單元厚度向量h^k，輸出記錄設計域內各個單元厚度的文件；

S3-3:讀入設計域內單元厚度的文件，根據輸入文件信息更新設計域內每個單元的厚度；

S3-4:開展結構響應數值分析并輸出記錄設計域內每個網格單元的M_x，M_y，M_xy信息的文件；

S3-5：讀入記錄設計域內單元彎矩M_x，M_y，M_xy的文件，基于下式(5)計算每個單元p值；

其中：p_i為設計域內第i個單元的狀態參數，ν為泊松比,M_x，M_y，M_xy分別表示單元局部坐標系下的繞X軸的彎矩、繞Y軸的彎矩以及XY面內的扭矩；

S3-6:基于公式(6)計算更新后的h^k+1，其中λ為拉格朗日乘子，λ的取值受體積約束公式(3)控制，需采用二分法迭代計算λ的取值，直至更新后的h^k+1滿足體積約束要求；

S3-7:當相鄰兩個迭代步的設計變量向量滿足||h^k+1-h^k||≤ε時，得到變厚度優化結果；若||h^k+1-h^k||﹥ε，k＝k+1，則返回步驟S3-2。