一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法技术

本发明专利技术涉及一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法，解决了现有技术中单独对连续体或离散体的拓扑优化方法无法准确获得连续体与离散体耦合结构形式的最优拓扑构型的问题，本发明专利技术首先建立连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型，然后建立连续体和离散体统一的优化模型，在优化模型中设置目标函数、约束条件、优化方法及收敛准则，最终基于定义好的优化模型进行优化求解并显示拓扑优化结果，得到连续体与离散体耦合结构的最优拓扑构型。本发明专利技术可以实现连续体与离散体耦合结构的拓扑优化，提高连续体与离散体耦合结构的比刚度，在保证力学性能的前提下实现连续体和离散体耦合结构的轻量化，为连续体与离散体耦合结构的概念设计提供有效的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法
本专利技术涉及结构优化设计
，特别是涉及一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法。
技术介绍
结构优化设计方法主要包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化，其中，拓扑优化是结构概念设计阶段常用的方法，其基本思想是根据载荷、边界条件、目标函数及约束条件来确定设计域中材料的分布形式，即优化孔洞的形状大小及其位置。目前结构拓扑优化的方法为单独对连续体拓扑优化或对离散体进行拓扑优化，即单独对连续体设计域整体的材料分布进行优化或单独对桁架、刚架的空间杆系分布进行优化。然而，许多工程实际结构为连续体与离散体耦合的承力结构，如客车外壳、火箭外壳、大型望远镜等，工程实践证明这种结构形式承载特性更好。现有技术中单独对连续体或离散体的拓扑优化方法对该类模型的适用性不强，存在优化模型与实际模型不一致的问题，使得拓扑优化无法准确获得该结构形式的最优拓扑构型。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术中单独对连续体或离散体的拓扑优化方法对该类模型的适用性不强，存在优化模型与实际模型不一致的问题，使得拓扑优化无法准确获得连续体与离散体耦合结构形式的最优拓扑构型的问题，提供一种连续体与离散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：一、建立连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型在有限元软件中建立连续体的初始结构模型；建立与连续体相连的离散体的实体外部轮廓，把实体外部轮廓划分成规则的有限元网格，基于网格节点生成离散体的基结构；对连续体的初始结构模型和离散体的基结构分别进行网格划分；在连续体与离散体相连的节点进行节点自由度耦合，得到连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型；对连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型施加约束及载荷，进行有限元正问题求解；二、建立连续体与离散体耦合优化模型选用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型作为连续体与离散体耦合优化模型，在优...

【技术特征摘要】
1.一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：一、建立连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型在有限元软件中建立连续体的初始结构模型；建立与连续体相连的离散体的实体外部轮廓，把实体外部轮廓划分成规则的有限元网格，基于网格节点生成离散体的基结构；对连续体的初始结构模型和离散体的基结构分别进行网格划分；在连续体与离散体相连的节点进行节点自由度耦合，得到连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型；对连续体与离散体自由度耦合的有限元网格模型施加约束及载荷，进行有限元正问题求解；二、建立连续体与离散体耦合优化模型选用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型作为连续体与离散体耦合优化模型，在优化模型中，设置目标函数、约束条件、优化方法及收敛准则；三、优化求解及结果显示基于建立好的优化模型进行优化求解，并显示拓扑优化结果。2.根据权利要求1所述的连续体与离散体耦合拓扑优化方法，其特征在于，基于建立好的优化模型进行优化求解，计算目标函数和设计变量，进行敏度分析、敏度滤波、敏度正则化、迭代更新设计变量、设计变量滤波和更新优化变量；判断连续体和离散体的密度值是否收敛到0或者1，若是，则根据密度值进行结果显示，密度值为0的区域材料区域，密度值为1的区域材料保留，得到连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢军，刘震宇，史航，郭煜晨，王晓明，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22