[發(fā)明專利]一種制動器支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011193559.2
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112307563B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任毅如;向劍輝
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 長沙麓創(chuàng)時代專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43249
• 代理人: 賈慶

1.一種制動器支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，獲得制動器支撐結(jié)構(gòu)在工作過程中的工況；

第二步，建立制動器支撐結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型：

式中，目標(biāo)函數(shù)為：

約束條件為：

設(shè)計變量為：

其中，min C(X)表示使函數(shù)C(X)最小，C_n(X)表示第n個子目標(biāo)函數(shù)，ω_n表示第n個子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重因子，L表示子目標(biāo)函數(shù)的數(shù)目；x_i表示第i個單元的偽密度，N表示制動器支撐結(jié)構(gòu)有限元模型單元的數(shù)目；x_min和x_max分別表示設(shè)計變量X的下限和上限；T表示矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算；g₁(X)，g₂(X)，…，g_z(X)分別表示不同的約束條件，z表示約束條件的數(shù)目；約束條件包括體積/質(zhì)量、位移、應(yīng)力/應(yīng)變中的一種或多種；所述子目標(biāo)函數(shù)包括柔度目標(biāo)函數(shù)、位移目標(biāo)函數(shù)和熱柔度目標(biāo)函數(shù)中的一種或多種；

第三步，求解制動器支撐結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型：

步驟一、根據(jù)制動器支撐結(jié)構(gòu)在工作過程中的工況得到待優(yōu)化區(qū)域，并將待優(yōu)化區(qū)域填充滿材料作為設(shè)計區(qū)域，得到待優(yōu)化區(qū)域的有限元模型，求解有限元模型，輸出目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)參數(shù)；

步驟二、判斷輸出的目標(biāo)函數(shù)是否收斂，若目標(biāo)函數(shù)不收斂，則通過優(yōu)化準(zhǔn)則法迭代更新靈敏度，更新設(shè)計變量，重新求解有限元模型，循環(huán)求解至目標(biāo)函數(shù)收斂，迭代結(jié)束；為了控制計算量和避免不收斂無法完成求解的情況，設(shè)置最大迭代次數(shù)，達(dá)到迭代次數(shù)后無論目標(biāo)函數(shù)是否收斂均結(jié)束迭代；迭代結(jié)束后輸出結(jié)果；

第四步、提取得到設(shè)計區(qū)域拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計結(jié)果的結(jié)構(gòu)特征，對優(yōu)化特征結(jié)構(gòu)下的設(shè)計區(qū)域進(jìn)行參數(shù)化建模：

拓?fù)湓O(shè)計結(jié)果中包含中間密度單元，設(shè)置偽密度閾值對中間密度單元進(jìn)行取舍；大于偽密度閾值的中間密度單元保留，小于或等于偽密度閾值的中間密度單元去除得到優(yōu)化結(jié)構(gòu)；

對優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行平滑處理，得到平滑處理后的制動器支撐結(jié)構(gòu)模型后，對平滑處理后的制動器支撐結(jié)構(gòu)模型的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取，將不規(guī)則的形狀用規(guī)則的形狀替代，不規(guī)則的面用規(guī)則的面代替；

將提取的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，并且提取特征結(jié)構(gòu)的特征尺寸作為設(shè)計參數(shù)；

第五步、對制動器支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀尺寸優(yōu)化：

以制動器支撐結(jié)構(gòu)的子目標(biāo)函數(shù)為設(shè)計變量，以特征結(jié)構(gòu)的特征尺寸作為設(shè)計變量，以初始尺寸為基準(zhǔn)，設(shè)置迭代步長向基準(zhǔn)上下進(jìn)行迭代更新設(shè)計變量，得到制動器支撐結(jié)構(gòu)的最后優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下所示：

式中，S(Y)表示制動器支撐結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)；g₁(Y),g₂(Y),...,g_z(Y)分別表示不同的約束條件；Y＝[y₁,y₂,...,y_i,...,y_m]表示支撐結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的設(shè)計變量，y₁,y₂,...,y_m分別表示不同的尺寸參數(shù)，a_i,b_i分別表示設(shè)計變量尺寸參數(shù)y_i的上限和下限。