基于精确变形约束的悬臂梁结构拓扑优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于精确变形约束的悬臂梁结构拓扑优化设计方法，用于解决现有悬臂梁结构拓扑优化设计方法精度差的技术问题。技术方案是首先定义悬臂梁结构局部变形区域和精确变形区域的目标形状，在优化的每一步迭代中，将目标形状有限元网格和悬臂梁结构局部变形区域网格进行虚拟装配，目标形状由于加载到和其形状不同的局部变形区域而产生应变能，以该应变能为约束，用伴随法求得该应变能的灵敏度，实现精确变形结构拓扑优化设计结果。

【技术实现步骤摘要】
201610223938

【技术保护点】
一种基于精确变形约束的悬臂梁结构拓扑优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立悬臂梁结构的拓扑优化模型，将悬臂梁结构的中心矩形划分为结构的精确变形区域，同时建立一个精确变形区域的目标变形结构；对悬臂梁结构左端施加固定约束，并在右下角作用一竖直向下的集中力载荷；步骤二、计算精确变形约束的值，定义精确变形区域结构Ωs为悬臂梁拓扑优化的非设计域，同时定义目标变形结构为Ωd；精确变形区域结构几何关键点集Xs,目标变形结构几何关键点集Xd；Xs，Xd中各个关键点在几何形状上相互对应；将悬臂梁拓扑优化中的设计域Ω离散为n个有限单元，xi为单元对应的伪密度，F为载荷向量，U为整体位移向量，K为结构总刚度矩阵，Kd为目标变形结构刚度矩阵，Us为精确变形区域关键点位移向量，Nxs，Nxd分别为精确变形和目标变形结构关键点对应的坐标集合；记δ＝Nxs+Us‑Nxd，并对目标变形结构Ωd施加δ位移加载条件，实现目标变形结构和精确变形区域结构的虚拟装配，Cd为目标变形结构产生的应变能函数；步骤三、定义精确变形优化问题：C(X)为优化目标函数，在精确变形优化问题里取为梁结构总体的柔顺度函数，约束条件为材料使用量小于体积上限目标变形结构的应变能上限为ε＞0；find X＝(x1,x2,...,xn)min C(X)s.t.KU＝FV(X)-V‾≤0]]>Cd=12δTKdδ≤ϵ]]>步骤四、有限元分析计算悬臂梁结构的位移响应U；根据Us和目标形状结构关键点坐标Nxd计算需要给目标形状结构加载的位移δ，并计算得到目标形状结构的应变能Cd；步骤五、计算目标变形结构应变能函数对于设计域内单元伪密度xi的灵敏度；步骤六、根据步骤五求得的灵敏度进行优化，选取梯度优化算法GCMMA，迭代得到优化结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨开科，朱继宏，张卫红，吴曼乔，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61