载荷可控传递结构拓扑优化方法技术

本发明专利技术公开了一种载荷可控传递结构拓扑优化方法，用于解决现有拓扑优化方法实用性差的技术问题。技术方案是首先建立拓扑优化模型，定义拓扑设计区域为Ω1，杆单元共同构成区域为Ω2。然后根据有限元分析计算结构的位移响应uΩ计算杆单元位移约束值ui。再计算节点位移对于设计域内单元的伪密度ηe的灵敏度。最后在优化过程中引入杆单元上部节点的位移约束，根据求得的灵敏度进行优化，优化迭代得到结果。本发明专利技术通过添加辅助杆单元，将约束节点载荷转化为约束节点位移，通过约束节点位移来实现载荷的可控传递，这样有利于优化约束的建模和模型的快速更改，具有较高的灵活性、普适性以及准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拓扑优化方法，特别涉及一种载荷可控传递结构拓扑优化方法。
技术介绍
在飞行器结构设计过程中，应当保证结构在承受各种规定的载荷状态下，具有足够的强度和刚度，各个承力结构相互协调配合，以保证载荷在其结构内部合理传递。以飞机机翼为例，飞行过程中机翼大梁需要通过与机身的连接结构将气动载荷合理传递到机身，保证飞机完成各种空中动作。因此，在飞行器结构设计中，合理设计承力结构的构型形式，使结构的承载能力与其结构形式互相匹配、实现载荷的可控传递对减轻结构重量、提高系统可靠性具有重要的意义。文献“Jiaxin Zhang.,Bo Wang.,Fei Niu.,Gengdong Cheng.,Design Optimization of Connection Force Diffuson.International Journal for Mechanics Based Design of Structures and Machines.2015,43:209-231”公开了一种集中力均匀扩散结构的连续体拓扑优化方法。该方法以结构柔顺度为目标，指定截面内节点载荷方差和材料体分比作为约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种载荷可控传递结构拓扑优化方法，其特征在于包括以下步骤：(a)建立拓扑优化模型，定义拓扑设计区域为Ω1，杆单元共同构成区域为Ω2；节点总体位移向量为uΩ,ηe为设计域内描述材料分布的单元伪密度设计变量，目标函数为结构柔顺度C最小化，以表征结构的整体刚度最大；F为结构所受外载；N为结构的单元总数；n为杆单元的总数；K为结构的总体刚度矩阵；V为结构设计区域内的材料体积；V*为给定的材料用量上界；和为约束节点纵向位移值的上下界；find:η={η1,η2,......,ηN}min:C=uΩTKuΩs.t.:K(η)uΩ=...

【技术特征摘要】
1.一种载荷可控传递结构拓扑优化方法，其特征在于包括以下步骤：(a)建立拓扑优化模型，定义拓扑设计区域为Ω1，杆单元共同构成区域为Ω2；节点总体位移向量为uΩ,ηe为设计域内描述材料分布的单元伪密度设计变量，目标函数为结构柔顺度C最小化，以表征结构的整体刚度最大；F为结构所受外载；N为结构的单元总数；n为杆单元的总数；K为结构的总体刚度矩阵；V为结构设计区域内的材料体积；V*为给定的材料用量上界；和为约束节点纵向位移值的上下界； f i n d ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继宏，曹吟锋，郭文杰，李昱，张卫红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61