[發明專利]一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法

在審

• 申請號: 202011461394.2
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112613137A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 可釗;田闊;李增聰;石云峰;周才華;杜凱繁
• 申請（專利權）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構劃分有限元周期性加筋單胞結構，并建立原薄壁加筋結構同尺寸不含筋條的光筒薄壁結構；

第二步，基于有限元單胞計算得到等效剛度系數、等效密度、模型整體結構質量以及結構承載力；

第三步，將第二步求得的等效剛度系數和等效密度參數賦予劃分網格后的光筒薄壁結構，建立等效模型，基于模型降階方法結合全局減縮基技術建立降階分析模型，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構，獲得復雜加筋薄壁結構的等效模型；然后，通過減縮基矩陣構造方法構造結構初始減縮基矩陣，再使用模型降階方法結合全局減縮基技術建立全局減縮基矩陣，通過降低有限元數值計算模型的維度建立降階分析模型，對有限元數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同優化列式并對優化問題進行求解；以加筋薄壁結構的殼體厚度和筋條參數為設計變量，第二步和第三步中得到的結構承載力和工作頻段能量值作為約束，質量最小化為目標進行輕量化設計；

建立的輕量化優化列式如下：

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

第四步在優化計算方法上，首先，采用聚類方法對優化設計空間減縮，便于尋優；其次，根據縮小范圍之后的參數變量區間進行局部尋優處理；最后，采用局部優化方法求解最優解，經過優化得到滿足結構承載力許可，得到實現減振功能性需求和輕量化設計的最優構型。

2.根據權利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法，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構，從加筋薄壁結構中劃分出代表性周期加筋單胞結構，得到單胞有限元模型，其中單胞結構主要包括蒙皮和筋條兩個部分；其次，根據原加筋薄壁結構，建立同樣尺寸去除筋條的光筒薄壁結構；最后，對單胞結構和光筒薄壁結構有限元單元網格劃分，并對單胞結構賦予材料屬性。

3.根據權利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法，其特征在于，所述的第二步具體為：根據單胞有限元模型，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，將等效剛度系數帶入瑞利-里茲公式，求解整體結構線性屈曲載荷值，即為結構承載力；對單胞有限元模型查詢質量，用單胞質量除以單胞蒙皮面積得到等效密度，用單胞質量乘以單胞數量得到模型整體結構質量。

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

5.根據權利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法，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、動力學模態分解法。

6.根據權利要求1所述的一種基于剛度等效和模型降階的減振優化快速計算方法，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神經網絡聚類方法。