[發明專利]一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法

有效

• 申請號: 202010520151.5
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111859483B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 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;G06F111/04
• 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

1.一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：基于受內壓部件的初始結構設計，對所述受內壓部件的薄壁區域進行厚度減薄，得到厚度減薄后的幾何模型；

S2：通過幾何模型建模，在厚度減薄后的幾何模型的被減薄區域的表面覆蓋一層具有均勻厚度的薄壁結構，得到待優化幾何模型，定義所生成的具有均勻厚度的薄壁結構為設計域；

S3：對待優化幾何模型，采用二階或高階實體單元進行網格劃分，并施加邊界約束條件與載荷條件，得到有限元分析模型；

S4：以內壓載荷或內壓與溫度聯合載荷下結構剛度最大化為目標函數，以保留的材料體積小于設定值為約束條件，建立所述受內壓部件的拓撲優化列式，并基于所建立的有限元分析模型對設計域內的材料分布進行拓撲優化，獲得設計域內的最優材料分布；

S5：基于設計域內最優材料分布，建立拓撲優化后所述受內壓部件的參數化實體幾何模型；

S6：對參數化實體幾何模型的設計參數開展敏感度分析，確定若干參數作為參數優化的設計變量；

S7：以應力峰值或結構基頻滿足結構設計要求為約束條件，以結構重量最小化為目標函數，開展參數優化，以獲得最優參數優化設計變量取值，最終得到設計對象部件的鎧甲式薄壁結構輕量化設計模型。

2.根據權利要求1所述的一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述鎧甲式薄壁結構的特征如下：具有兩個不同厚度的區域，不同厚度的交接處由倒角或倒圓角過渡。

3.根據權利要求1所述的一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述鎧甲式薄壁結構設計要求如下：拓撲優化中，以剛度最大化為目標，以材料用量低于設定值為約束條件，獲得材料最優分布；參數優化中，以應力峰值低于設定值或基頻高于設定值為約束條件,以材料用量最小化為目標，獲得最終鎧甲式薄壁結構輕量化設計。

4.根據權利要求1所述的一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述將該受內壓部件的薄壁區域進行厚度減薄的過程要求，薄壁區域內表面保持不變，僅在薄壁區域的外表面發生厚度減薄；最終鎧甲式薄壁結構輕量化設計中，薄壁結構內表面與受內壓部件的初始設計相同，而外表面不同。

5.根據權利要求1所述的一種鎧甲式薄壁結構輕量化設計方法，其特征還在于：所述參數化實體幾何模型的建模方法包括如下步驟：

S5-1：基于拓撲優化獲得的設計域內最優材料分布，在所有的優化后保留區域的邊界上，選擇若干個點為邊界點；

S5-2：以所選邊界點為控制點，建立參數化的樣條曲線，其中，參數化樣條曲線的參數為各個控制點的位置坐標；

S5-3：基于生成的樣條曲線，將所生成的設計域的幾何模型進行切割，刪除非保留區域；

S6-4：采用布爾運算將有限元分析模型與為待優化幾何模型，融合為一個幾何模型，將融合后出現的厚度突變位置添加倒角或倒圓角，得到用于參數優化的參數化實體幾何模型。