[發(fā)明專利]基于Pareto遺傳算法的異構(gòu)變梯度晶格材料等效力學性能預測方法

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• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116564449A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖文和;江為民;張長東;李大偉;劉婷婷;宋康輝;楊振東;申鑫澤;李旭東;周鉉華;艾聰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14;G06F111/06;G06F113/10;G06F111/04;G06F119/18
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明是一種基于Pareto遺傳算法的異構(gòu)變梯度晶格材料力學性能等效預測方法，包括：根據(jù)異構(gòu)變梯度晶格材料的晶格類型及密度，記錄晶格結(jié)構(gòu)的等效模量，對異構(gòu)變梯度晶格材料的實體模型進行仿真分析，記錄應(yīng)力數(shù)據(jù)；獲取離散力學性能優(yōu)化度；遍歷異構(gòu)變梯度晶格材料中的所有交界面，得到離散晶格連接度；按照異構(gòu)變梯度晶格材料中離散區(qū)域填充晶格類型以及交界面的數(shù)量，得到整體結(jié)構(gòu)綜合衡量系數(shù)；將不同類型的異構(gòu)變梯度晶格材料的離散力學性能優(yōu)化度、離散晶格連接度、整體結(jié)構(gòu)綜合衡量系數(shù)輸入Pareto遺傳算法中，得到力學性能等效預測結(jié)果。本發(fā)明能對不同晶格填充下的異構(gòu)變梯度晶格材料進行力學性能預測，效率高、穩(wěn)定性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造與優(yōu)化設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于Pareto遺傳算法的異構(gòu)變梯度晶格材料等效力學性能預測方法。

背景技術(shù)

晶格結(jié)構(gòu)是一類胞元結(jié)構(gòu)，通常由一組邊面對稱的空間周期單元格構(gòu)成。由于其復雜的幾何構(gòu)型，直到近年來增材制造(AM)的飛速發(fā)展才引起廣泛關(guān)注。晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計極大地受益于基于聚合物粉末的AM技術(shù)，如選擇性激光燒結(jié)(SLS)和多射流融合(MJF)，這些技術(shù)可以在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下構(gòu)建復雜的部件。其中，有很多具有優(yōu)異物理特性的晶格結(jié)構(gòu)被研究。目前，這部分晶格結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如沖擊能量吸收、流體流動控制等。

在功能梯度晶格結(jié)構(gòu)的研究中進一步揭示了具有各向異性特性的單位單胞的潛力，單一類型的單元布置可能不足以滿足更復雜的載荷情況，并且在變密度晶格結(jié)構(gòu)的低密度設(shè)計區(qū)域存在大量細桿材料，實際制造時極易產(chǎn)生制造缺陷，這也是將變密度設(shè)計與多構(gòu)型設(shè)計相結(jié)合時可以避免的問題。

當研究的目標對象是異構(gòu)變梯度晶格材料時，受限于異構(gòu)變梯度晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部極其龐大和復雜的有限元單元網(wǎng)格，直接進行有限元仿真并根據(jù)仿真結(jié)果進行性能評估的方法是很難實施的。如何對異構(gòu)變梯度晶格結(jié)構(gòu)材料進行等效性能評估，成為異構(gòu)變梯度晶格材料優(yōu)化設(shè)計亟待解決的難題，也是打破晶格結(jié)構(gòu)現(xiàn)有設(shè)計性能上限的關(guān)鍵要點。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于Pareto遺傳算法的異構(gòu)變梯度晶格材料等效力學性能預測方法，針對異構(gòu)變梯度晶格材料的力學性能評估，提出了一種分步求解相關(guān)影響系數(shù)，最后加權(quán)求Pareto最優(yōu)解的等效預測方法，具有高實用性和高適應(yīng)性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于Pareto遺傳算法的異構(gòu)變梯度晶格材料力學性能等效預測方法，具體包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)異構(gòu)變梯度晶格材料的所用晶格類型及晶格密度，記錄所用晶格結(jié)構(gòu)的等效模量，同時對異構(gòu)變梯度晶格材料的實體模型進行六面體網(wǎng)格劃分，通過力學性能有限元仿真分析，記錄應(yīng)力數(shù)據(jù)；

步驟2、根據(jù)步驟1記錄的應(yīng)力數(shù)據(jù)結(jié)合所用晶格結(jié)構(gòu)的等效模量，獲取異構(gòu)變梯度晶格材料的離散力學性能優(yōu)化度J₁；

步驟3、遍歷異構(gòu)變梯度晶格材料中的所有交界面，根據(jù)交界面兩側(cè)晶格結(jié)構(gòu)的橫截面，求解各自的橫截面積以及重合相交的橫截面積，得到異構(gòu)變梯度晶格材料的離散晶格連接度J₂；

步驟4、按照異構(gòu)變梯度晶格材料中離散區(qū)域填充晶格類型以及交界面的數(shù)量，求解每個離散區(qū)域的綜合評判系數(shù)，得到整體結(jié)構(gòu)綜合衡量系數(shù)J₃；

步驟5、將不同類型的異構(gòu)變梯度晶格材料的J₁、J₂、J₃輸入Pareto遺傳算法中，得到pareto最優(yōu)解，即為異構(gòu)變梯度晶格材料力學性能等效預測結(jié)果。

進一步地，步驟1包括如下子步驟：