[發(fā)明專利]一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011461394.2
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112613137A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 可釗;田闊;李增聰;石云峰;周才華;杜凱繁
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，針對復雜加筋薄壁結(jié)構(gòu)劃分有限元周期性加筋單胞結(jié)構(gòu)，并建立原薄壁加筋結(jié)構(gòu)同尺寸不含筋條的光筒薄壁結(jié)構(gòu)；

第二步，基于有限元單胞計算得到等效剛度系數(shù)、等效密度、模型整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)承載力；

第三步，將第二步求得的等效剛度系數(shù)和等效密度參數(shù)賦予劃分網(wǎng)格后的光筒薄壁結(jié)構(gòu)，建立等效模型，基于模型降階方法結(jié)合全局減縮基技術(shù)建立降階分析模型，進行動力學諧響應分析，得到特定工作頻段能量值，具體如下：

首先，將第二步求得的等效剛度和等效密度賦給第一步建立的光筒薄壁結(jié)構(gòu)，獲得復雜加筋薄壁結(jié)構(gòu)的等效模型；然后，通過減縮基矩陣構(gòu)造方法構(gòu)造結(jié)構(gòu)初始減縮基矩陣，再使用模型降階方法結(jié)合全局減縮基技術(shù)建立全局減縮基矩陣，通過降低有限元數(shù)值計算模型的維度建立降階分析模型，對有限元數(shù)值模型進行自由度減縮，使降階模型在滿足分析精度的同時減少計算時間；最后，對降階后的模型進行動力學諧響應分析，根據(jù)諧響應分析得到的的動剛度和位移響應輸出計算頻點的能量，對特定工作頻段內(nèi)的所有能量值進行累加得到工作頻段能量值；

第四步，建立承載力與動響應協(xié)同優(yōu)化列式并對優(yōu)化問題進行求解；以加筋薄壁結(jié)構(gòu)的殼體厚度和筋條參數(shù)為設(shè)計變量，第二步和第三步中得到的結(jié)構(gòu)承載力和工作頻段能量值作為約束，質(zhì)量最小化為目標進行輕量化設(shè)計；

建立的輕量化優(yōu)化列式如下：

Find：x

Minimize：Mass

Subject to：x_i^lb≤x_i≤x_i^ub,i＝1,...I

P_cr(x)＞P_ini

Te(x)＜Te_ini

式中，x為設(shè)計變量，包括加筋薄壁結(jié)構(gòu)的殼體厚度和筋條參數(shù)；x_i^lb和x_i^ub分別是變量x的下限值和上限值；Mass為待求結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量，P_cr(x)和Te(x)分別是待求結(jié)構(gòu)整體承載力和工作頻段內(nèi)的總能量，P_ini和Te_ini分別是原始構(gòu)型的整體承載力和工作頻段能量值；

第四步在優(yōu)化計算方法上，首先，采用聚類方法對優(yōu)化設(shè)計空間減縮，便于尋優(yōu)；其次，根據(jù)縮小范圍之后的參數(shù)變量區(qū)間進行局部尋優(yōu)處理；最后，采用局部優(yōu)化方法求解最優(yōu)解，經(jīng)過優(yōu)化得到滿足結(jié)構(gòu)承載力許可，得到實現(xiàn)減振功能性需求和輕量化設(shè)計的最優(yōu)構(gòu)型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，所述的第一步具體步驟為：首先，建立復雜加筋薄壁結(jié)構(gòu)，從加筋薄壁結(jié)構(gòu)中劃分出代表性周期加筋單胞結(jié)構(gòu)，得到單胞有限元模型，其中單胞結(jié)構(gòu)主要包括蒙皮和筋條兩個部分；其次，根據(jù)原加筋薄壁結(jié)構(gòu)，建立同樣尺寸去除筋條的光筒薄壁結(jié)構(gòu)；最后，對單胞結(jié)構(gòu)和光筒薄壁結(jié)構(gòu)有限元單元網(wǎng)格劃分，并對單胞結(jié)構(gòu)賦予材料屬性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，所述的第二步具體為：根據(jù)單胞有限元模型，基于漸進均勻化理論或者等效剛度法求解加筋單胞的等效剛度系數(shù)，將等效剛度系數(shù)帶入瑞利-里茲公式，求解整體結(jié)構(gòu)線性屈曲載荷值，即為結(jié)構(gòu)承載力；對單胞有限元模型查詢質(zhì)量，用單胞質(zhì)量除以單胞蒙皮面積得到等效密度，用單胞質(zhì)量乘以單胞數(shù)量得到模型整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，第三步所述的減縮基矩陣構(gòu)造方法包括里茲向量法、模態(tài)疊加法。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，第三步所述的模型降階方法包括特征正價本征正交分解法、動力學模態(tài)分解法。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優(yōu)化快速計算方法，其特征在于，第四步所述的聚類方法包括:K均值聚類方法、模糊C均值聚類方法、SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類方法。