一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法技术

本发明专利技术属于结构拓扑优化相关技术领域，其公开了一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其包括以下步骤：(1)对设计域进行有限元离散，并计算获得位移结构响应及应力结构响应；(2)通过P范数法凝聚有限元离散单元以得到全局应力测度，并求解得到伴随解；(3)计算获得有限元离散单元的灵敏度指数；(4)更新所述离散拓扑设计变量；(5)对离散拓扑设计变量进行过滤处理；(6)根据离散拓扑设计变量更新有限元模型的单元材料模型，重复以上步骤直至许用材料用量分数达到设定的许用材料用量分数且优化构型稳定收敛。本发明专利技术采用离散设计变量，具有明确的物理意义，同时兼具稳定性及高效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法
本专利技术属于结构拓扑优化相关
，更具体地，涉及一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法。
技术介绍
结构拓扑优化设计方法是新型的数字化结构设计方式，通过建立包含目标函数与约束方程的数学模型，对结构进行有限元数值分析，在设计域中按照优化准则或者数学规划方法迭代出满足目标要求的材料分布。结构拓扑优化设计方法广泛应用于车身设计、航空航天、通信电子等结构设计。目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如文献1“LeC，NoratoJ，BrunsT，HaC，TortorelliD(2010)Stress-basedtopologyoptimizationforcontinua，StructuralandMultidisciplinaryOptimization41(4):605–620”公开了一种基于变密度材料插值模型的拓扑优化设计方法，该方法用以实现给定材料用量下结构的整体应力水平最小化设计，该设计方法定义的伪密度设计变量可在0-1区间内连续取值，根据设计变量的灵敏度通过数学规划算法进行设计变量的迭代更新。然而，文献1提供的方法由于采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对待优化结构的设计域进行有限元离散，每一个有限元离散单元上对应一个离散拓扑设计变量，并对有限元模型施加位移及载荷边界条件以进行有限元分析，由此计算获得位移结构响应及应力结构响应；(2)通过P范数法凝聚有限元离散单元以得到全局应力测度，并求解得到伴随解；(3)计算获得有限元离散单元的灵敏度指数，并对获得的灵敏度指数进行过滤及平均处理；(4)根据设定的材料去除率、删除材料的恢复率及步骤三得到的灵敏度指数计算当前优化迭代步对应的许用材料用量、材料增长的阈值及材料去除的阈值，进而更新所述离散拓扑设计变量；(5)对更新后...

【技术特征摘要】
1.一种基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对待优化结构的设计域进行有限元离散，每一个有限元离散单元上对应一个离散拓扑设计变量，并对有限元模型施加位移及载荷边界条件以进行有限元分析，由此计算获得位移结构响应及应力结构响应；(2)通过P范数法凝聚有限元离散单元以得到全局应力测度，并求解得到伴随解；(3)计算获得有限元离散单元的灵敏度指数，并对获得的灵敏度指数进行过滤及平均处理；(4)根据设定的材料去除率、删除材料的恢复率及步骤三得到的灵敏度指数计算当前优化迭代步对应的许用材料用量、材料增长的阈值及材料去除的阈值，进而更新所述离散拓扑设计变量；(5)对更新后的离散拓扑设计变量进行过滤处理，离散拓扑设计变量的过滤权重通过设计变量过滤半径进行控制；(6)根据步骤(5)得到的离散拓扑设计变量更新有限元模型的单元材料模型，重复步骤(1)至(5)直至许用材料用量分数达到设定的许用材料用量分数且优化构型稳定收敛。2.如权利要求1所述的基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其特征在于：所述离散拓扑设计变量xi＝0/1，其中，0指示该有限元离散单元没有材料，1指示该有限元离散单元具有材料，i表示有限元离散单元编号。3.如权利要求2所述的基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其特征在于：所述全局应力测度由以下公式计算获得：式中，σPN为全局应力测度，σvm，i为第i个有限元离散单元的von-Mises应力，nel为有限元离散单元的总数，p是应力范数参数。4.如权利要求3所述的基于应力的启发式结构离散拓扑优化设计方法，其特征在于：所述伴随解由以下公式计算获...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏凉，夏奇，史铁林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42