[發(fā)明專利]基于有限元理論的等效輕量化結(jié)構(gòu)分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110450605.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113139313B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐倩;金夢霞;馮琪翔;范小杰;馬帥;宋軍;金鵬;趙明強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

1.一種基于有限元理論的等效輕量化結(jié)構(gòu)分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將TPMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，獲得TPMS結(jié)構(gòu)中的P結(jié)構(gòu)的GA函數(shù)：

其中，E^*、σ^*和ρ^*分別為多孔結(jié)構(gòu)的等效彈性模量、屈服強(qiáng)度和體積分?jǐn)?shù)；E_S、σ_S和ρ_S分別為材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度和體積分?jǐn)?shù)；C_E、C_σ、m_σ和m_E為比例因子，與結(jié)構(gòu)的形狀和材料相關(guān)；

S2：將所需設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得到σ^*＝f(x,y,z) (3)；

S3：聯(lián)立式(1)、式(3)以及TPMS結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)t^*與體積分?jǐn)?shù)ρ^*的關(guān)系函數(shù)ρ^*＝f(t^*)(4)，求解得到設(shè)計參數(shù)t^*與三維坐標(biāo)的函數(shù)：t^*＝f(x,y,z)(5)；

S4：基于強(qiáng)度理論對步驟S3求解結(jié)果進(jìn)行輕量化設(shè)計得到基于應(yīng)力匹配的三維多孔結(jié)構(gòu)；

S5：根據(jù)和設(shè)計與所述三維多孔結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效實(shí)體，然后將步驟S4得到的所述三維多孔結(jié)構(gòu)與其對應(yīng)的等效實(shí)體進(jìn)行仿真分析，計算所述三維多孔結(jié)構(gòu)與其對應(yīng)的等效實(shí)體之間的誤差，若誤差在閾值范圍內(nèi)，則表明三維多孔結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效實(shí)體的分析結(jié)果能夠代替三維多孔結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果進(jìn)行輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計；

所述步驟S4具體包括：將得到的三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真測試，觀察在相同的邊界條件下，該三維多孔結(jié)構(gòu)模型是否存在屈服現(xiàn)象，若未存在屈服現(xiàn)象，則輸出優(yōu)化后的三維多孔結(jié)構(gòu)模型；否則，將調(diào)整t^*＝f(x,y,z)中的安全系數(shù)T_Q，重新進(jìn)行設(shè)計，直到達(dá)到符合未存在屈服現(xiàn)象，則輸出優(yōu)化后的三維多孔結(jié)構(gòu)模型；其中，安全系數(shù)T_Q根據(jù)工程需求確定；

所述步驟S5具體包括：

S51：根據(jù)式和設(shè)計與所述三維多孔結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效實(shí)體；

S52：對步驟S4得到的所述三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到網(wǎng)格模型，然后根據(jù)所述網(wǎng)格模型進(jìn)行三點(diǎn)彎曲有限元分析；

S53：將所述三維多孔結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的等效實(shí)體進(jìn)行三點(diǎn)彎曲有限元分析；

S54：比較步驟S52和S53的分析結(jié)果，計算所述三維多孔結(jié)構(gòu)與其對應(yīng)的等效實(shí)體之間的誤差，若誤差在閾值范圍內(nèi)，則表明三維多孔結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效實(shí)體的分析結(jié)果能夠代替三維多孔結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元理論的等效輕量化結(jié)構(gòu)分析方法，其特征在于，在步驟S52中，采用對稱分析法，取所述三維多孔結(jié)構(gòu)的四分之一作為網(wǎng)格模型，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲有限元分析。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有限元理論的等效輕量化結(jié)構(gòu)分析方法，其特征在于，在步驟S53中，將所述三維多孔結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的等效實(shí)體分為多個區(qū)域，不同的區(qū)域?qū)?yīng)不同的多孔結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)和材料，然后對多個區(qū)域進(jìn)行對稱的三點(diǎn)彎曲有限元分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限元理論的等效輕量化結(jié)構(gòu)分析方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：對所需設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，得到在F＝1000N作用下的應(yīng)力云圖，然后導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和應(yīng)力信息，進(jìn)行擬合插值，得到σ^*＝f(x,y,z) (3)。