[發(fā)明專利]一種基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011403764.7
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112364546A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏奇;霍宇航;田野;史鐵林
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：

(1)以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)域，并將所述設(shè)計(jì)域劃分為N個(gè)單元，以各單元中心點(diǎn)處的纖維角度θ_e為設(shè)計(jì)變量，并設(shè)定各單元中心點(diǎn)處的纖維角度的初始值，其中e＝1,2,…,N；

(2)建立單元剛度矩陣K_e，再根據(jù)有限元分析計(jì)算得到整體位移向量U和單元位移向量u_e，所述單元剛度矩陣依賴于纖維角度θ_e；

(3)依據(jù)目標(biāo)函數(shù)公式c＝F^TU計(jì)算得到目標(biāo)函數(shù)值c，并計(jì)算目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量θ_e的靈敏度值

(4)設(shè)置以單元e中心點(diǎn)為圓心的圓形區(qū)域N_e，在該圓形區(qū)域N_e內(nèi)對單元e中心點(diǎn)處的靈敏度值進(jìn)行雙邊濾波處理，以得到過濾后的靈敏度值

(5)利用基于靈敏度的優(yōu)化算法更新設(shè)計(jì)變量θ_e；

(6)重復(fù)步驟(2)到步驟(5)，直至滿足優(yōu)化終止條件，以此完成符合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過計(jì)算式建立依賴于纖維角度θ_e的單元剛度矩陣K_e，其中，dΩ為面積微元，Ω_e為單元e的面積，B為位移應(yīng)變矩陣，D(θ_e)為依賴于纖維角度θ_e的單元彈性矩陣。

3.如權(quán)利要求2所述的基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：D(θ_e)的計(jì)算式為：D(θ_e)＝T(θ_e)D₀T(θ_e)^T，其中，D₀為纖維未旋轉(zhuǎn)時(shí)的原始彈性矩陣，T(θ_e)為旋轉(zhuǎn)矩陣。

4.如權(quán)利要求1所述的基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟(3)中，利用單元剛度矩陣K_e與θ_e的關(guān)系推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的靈敏度值其計(jì)算式為式中，u_e為單元e對應(yīng)的單元位移向量，單元e的編號為n_e，則u_e為整體位移向量U第2n_e行和第2n_e+1行的元素組成的列向量。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：過濾后的靈敏度值其計(jì)算公式為：

其中，θ_p為圓形區(qū)域N_e內(nèi)任一單元中心點(diǎn)處的纖維角度；H(e)為權(quán)函數(shù)，其計(jì)算公式為W_c(||p-e||)為域過濾函數(shù)，||p-e||表示兩單元中心點(diǎn)之間的歐氏距離；W_s(|θ_p-θ_e|)為范圍過濾函數(shù)，|θ_p-θ_e|表示兩單元中心點(diǎn)處纖維角度差值的絕對值；域過濾函數(shù)W_c(x)采用如下公式計(jì)算其中σd是域過濾系數(shù)；范圍過濾函數(shù)W_s(x)采用如下公式計(jì)算其中σr是范圍過濾系數(shù)。

6.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于雙邊濾波的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：利用目標(biāo)函數(shù)值c、處理后的目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的靈敏度值以及設(shè)計(jì)變量的上下界θ_max和θ_min，再結(jié)合移動漸近線算法更新設(shè)計(jì)變量。