[發明專利]一種基于力熱耦合計算的結構優化方法

有效

• 申請號: 202011424713.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112528540B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 李雁楠;王鄢;曲林鋒;王占一;王廣帥
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

1.一種基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，包括：

步驟一、獲取待優化的設計變量、約束條件以及優化目標；

步驟二、根據所述設計變量建立幾何模型，并根據所述幾何模型建立有限元模型；

步驟三、根據所述有限元模型計算初始時刻的第一溫度場，并根據所述初始時刻的第一溫度場獲得熱應力變形后的第一應力場；

步驟四、構建optimus計算模型，計算全剖面范圍內每一時刻的第二溫度場以及力熱耦合第二應力場，包括：

S401、構建第一optimus計算模型，計算全剖面范圍內每一時刻的第二溫度場，其中，將上一時刻計算獲得的溫度場作為當前計算時刻的預定義場；

S402、構建第二optimus計算模型，計算全剖面范圍內每一時刻的力熱耦合第二應力場，其中，將當前時刻計算獲得的溫度場作為當前時刻力熱耦合計算的預定義場；

步驟五、構建optimus優化模型，將所述第二溫度場以及所述第二應力場載入所述optimus優化模型中，計算所述設計變量的最優解。

2.根據權利要求1所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，步驟一中，所述設計變量包括：飛行器蒙皮厚度、進氣道壁板厚度、噴管內壁面厚度、支撐框腹板厚度、機翼肋腹板厚度。

3.根據權利要求2所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，步驟一中，所述約束條件為變形、應力、模型最高溫度在預設范圍內，所述優化目標為重量最輕。

4.根據權利要求3所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，步驟二中，所述根據所述設計變量建立幾何模型，并根據所述幾何模型建立有限元模型包括：

根據所述設計變量建立幾何模型；

將所述幾何模型進行網格劃分，其中，薄壁結構使用殼單元，梁結構使用梁單元，并為各個部位配置對應的材料屬性，得到有限元模型。

5.根據權利要求4所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，所述材料屬性包括密度、彈性模量、比熱容、熱膨脹系數以及材料塑性參數。

6.根據權利要求5所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，步驟三中，所述根據所述有限元模型計算初始時刻的第一溫度場包括：

S301、獲取所述有限元模型的熱流密度載荷；

S302、設置初始時刻，將初始時刻的熱流密度載荷加載到所述有限元模型上，在有限元abaqus中進行瞬態溫度計算，獲得所述有限元模型的初始時刻的第一溫度場。

7.根據權利要求6所述的基于力熱耦合計算的結構優化方法，其特征在于，步驟三中，所述根據所述初始時刻的第一溫度場獲得熱應力變形后的第一應力場包括：

S303、將所述第一溫度場作為計算的預定義場；

S304、設置初始時刻，將初始時刻的氣動力載荷加載到所述有限元模型上，在有限元abaqus中進行力熱耦合計算，獲得所述有限元模型的初始時刻的第一應力場。