[發(fā)明專利]一種基于力熱耦合計算的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011424713.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112528540B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李雁楠;王鄢;曲林鋒;王占一;王廣帥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請屬于飛行器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種基于力熱耦合計算的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。包括：步驟一、獲取待優(yōu)化的設(shè)計變量、約束條件以及優(yōu)化目標(biāo)；步驟二、根據(jù)所述設(shè)計變量建立幾何模型，并根據(jù)所述幾何模型建立有限元模型；步驟三、根據(jù)所述有限元模型計算初始時刻的第一溫度場，并根據(jù)所述初始時刻的第一溫度場獲得熱應(yīng)力變形后的第一應(yīng)力場；步驟四、構(gòu)建optimus計算模型，計算全剖面范圍內(nèi)每一時刻的第二溫度場以及力熱耦合第二應(yīng)力場；步驟五、構(gòu)建optimus優(yōu)化模型，將所述第二溫度場以及所述第二應(yīng)力場載入所述optimus優(yōu)化模型中，計算所述設(shè)計變量的最優(yōu)解。本申請能夠節(jié)約大量的人力資源，增加了優(yōu)化設(shè)計的精度，提高優(yōu)化設(shè)計效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于飛行器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種基于力熱耦合計算的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

通過ansys、abaqus等商業(yè)有限元軟件可以實現(xiàn)某時刻瞬態(tài)溫度場計算，而要實現(xiàn)全飛行包線上各個時刻的瞬態(tài)溫度場計算需要依據(jù)上一時刻溫度場計算結(jié)果，以此作為熱流密度載荷輸入的插值依據(jù)進行熱流密度輸入載荷的重新分配，同時上一時刻的溫度場結(jié)果則作為下一時刻瞬態(tài)溫度場計算的預(yù)載荷，因此全包線范圍內(nèi)瞬態(tài)溫度場的計算需要有限元二次開發(fā)編程完成。

目前尚未有全飛行包線瞬態(tài)溫度場計算的成熟技術(shù)，也沒有以結(jié)構(gòu)溫度場、靜力載荷為輸入進行全飛行包線力熱耦合計算的自動化流程及程序。并且，現(xiàn)有技術(shù)中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)大多基于靜力計算、動力計算，以應(yīng)力、變形、重量等參數(shù)為約束條件，以重量最輕、應(yīng)力和變形最小為優(yōu)化目標(biāo)，而沒有考慮全飛行包線上溫度、熱膨脹、熱應(yīng)力等因素的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，也沒有可以完成全飛行包線瞬態(tài)溫度計算、熱應(yīng)力計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算自動化流程平臺。另外，基于全飛行包線的優(yōu)化需要進行大量的有限元計算，當(dāng)前存在的優(yōu)化技術(shù)不足以支持大量溫度、力熱耦合計算。

因此，希望有一種技術(shù)方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一個上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的是提供了一種基于力熱耦合計算的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一個問題。

本申請的技術(shù)方案是：

一種基于力熱耦合計算的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，包括：

步驟一、獲取待優(yōu)化的設(shè)計變量、約束條件以及優(yōu)化目標(biāo)；

步驟二、根據(jù)所述設(shè)計變量建立幾何模型，并根據(jù)所述幾何模型建立有限元模型；

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

步驟四、構(gòu)建optimus計算模型，計算全剖面范圍內(nèi)每一時刻的第二溫度場以及力熱耦合第二應(yīng)力場；

步驟五、構(gòu)建optimus優(yōu)化模型，將所述第二溫度場以及所述第二應(yīng)力場載入所述optimus優(yōu)化模型中，計算所述設(shè)計變量的最優(yōu)解。

可選地，步驟一中，所述設(shè)計變量包括：飛行器蒙皮厚度、進氣道壁板厚度、噴管內(nèi)壁面厚度、支撐框腹板厚度、機翼肋腹板厚度。

可選地，步驟一中，所述約束條件為變形、應(yīng)力、模型最高溫度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，所述優(yōu)化目標(biāo)為重量最輕。

可選地，步驟二中，所述根據(jù)所述設(shè)計變量建立幾何模型，并根據(jù)所述幾何模型建立有限元模型包括：

根據(jù)所述設(shè)計變量建立幾何模型；

將所述幾何模型進行網(wǎng)格劃分，其中，薄壁結(jié)構(gòu)使用殼單元，梁結(jié)構(gòu)使用梁單元，并為各個部位配置對應(yīng)的材料屬性，得到有限元模型。

可選地，所述材料屬性包括密度、彈性模量、比熱容、熱膨脹系數(shù)以及材料塑性參數(shù)。

可選地，步驟三中，所述根據(jù)所述有限元模型計算初始時刻的第一溫度場包括：