[發明專利]一種結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法

有效

• 申請號: 202110203246.9
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112818488B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 丁曉紅;胡天南;張橫;沈磊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種結構加強筋分布的幾何?尺寸協同優化設計方法，包括：步驟1，建立優化設計的數學模型；步驟2，建立初始的加強筋結構有限元模型，并分析獲得目標函數的初始值；步驟3，選定加強筋的活動節點線x、y坐標，并定義協同優化設計參數；步驟4，計算目標函數關于x、y坐標的靈敏度，更新加強筋的活動節點線的坐標值，從而完成加強筋的幾何優化，并重構有限元模型進行有限元分析；步驟5，計算目標函數關于加強筋厚度的靈敏度數值，并優化加強筋的厚度，而后重構有限元模型進行有限元分析；步驟6，判斷優化過程是否收斂，當判斷為不收斂時，則重復步驟4～5，進一步優化加強筋，當判斷為收斂時，則結束優化，得到最優加強筋分布。

技術領域

本發明涉及一種結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法。

背景技術

布置加強筋是提升結構力學性能的常用手段之一，已被廣泛應用于船舶、車輛、航空航天等現代裝備結構中，快速有效地設計加強筋分布以最大化提升結構力學性能具有重大意義。

目前已有多種加強筋分布優化設計方法被有效應用，主要分為基于單元密度的結構拓撲優化方法和基于基結構法的分布優化方法。前者所獲得加強筋分布形態不夠清晰，需要進一步后處理才能得到真正的加強筋分布，而后處理后的加強筋分布其最優性無法保證；后者所得結果具有清晰的加強筋分布構型，但由于受到基結構幾何特性的限制，加強筋具有特定的分布角度，如0°、45°、90°、135°，設計自由度受到限制。因此針對基結構法得到的加強筋分布，開展進一步的幾何優化，則能有效地消除基結構對優化結果的限制，進一步提升工程結構的力學性能。此外，基于基結構的加強筋分布設計的結果，還需進一步對加強筋的厚度進行優化，以進一步提高結構的力學性能，減輕結構的自重。因此，需要一種能夠解決上述問題的優化方法。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法。

本發明提供了一種結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法，用于優化加強筋的幾何形態和尺寸，具有這樣的特征，包括如下步驟：步驟1，根據設計需求，建立優化設計的數學模型；步驟2，建立初始的加強筋結構有限元模型，并分析獲得數學模型中目標函數的初始值；步驟3，選定加強筋的活動節點線x坐標和y坐標，并定義協同優化設計參數；步驟4，計算目標函數關于活動節點線x坐標和y坐標的靈敏度，采用序列二次規劃算法更新加強筋的活動節點線的坐標值，從而完成加強筋的幾何優化，并重構有限元模型進行有限元分析；步驟5，計算目標函數關于加強筋的厚度的靈敏度數值，并采用移動漸進線算法對加強筋的厚度進行尺寸優化，而后重構有限元模型進行有限元分析；步驟6，判斷優化過程是否收斂，當判斷為不收斂時，則重復步驟4至步驟5，進一步對加強筋的幾何形態和厚度進行優化，當判斷為收斂時，則結束優化過程，得到最優加強筋分布。

在本發明提供的結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法中，還可以具有這樣的特征：其中，幾何形態包括加強筋長度、分布角度以及位置，尺寸為加強筋厚度。

在本發明提供的結構加強筋分布的幾何-尺寸協同優化設計方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟1中，優化設計的數學模型為：

式(1a)-式(1h)中，x和y是加強筋活動節點線的坐標位置，T是加強筋的厚度，M和N分別是活動節點線和加強筋的總數，Ω和D分別是活動節點線集合和加強筋集合，F是協同優化設計的目標函數，l和h分別是加強筋單元的長度和高度，V是初始分布優化設計中加強筋結構的體積，x_min和x_max分別為活動節點線x坐標的最小值和最大值，y_min和y_max分別為活動節點線y坐標的最小值和最大值，T_min和T_max分別為加強筋板厚的最小值和最大值。