一种结构仿生轻量化设计方法技术

本发明专利技术公开一种结构仿生轻量化设计方法。该设计方法包括：分析承载结构的工况特点和功能特征；根据变密度拓扑优化方法计算优化区域单元的相对密度，得到承载结构的传力骨架；根据传力骨架的特点确定多个与工况特点具有相似特征的仿生模型，计算多个仿生模型与所述承载结构的相似度；分析第一仿生模型的结构特征和微观截面特征；选取多个第一仿生模型中对工况特点有利的结构特征，获得第二截面特征；将传力骨架作为仿生结构的基体，将第二截面特征作为传力骨架的截面，建立结构仿生模型。通过重组各相似仿生对象的优势结构特征，在保证结构承载性能的同时，提高了对不同工况的适应性，进而实现最大限度的轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种结构仿生轻量化设计方法
本专利技术涉及工程设计领域，特别涉及一种结构仿生轻量化设计方法。
技术介绍
在能源和环境问题日益突出的时代背景下，结构轻量化成为发展的必然趋势，传统结构设计过程中为了保证工程的安全性，通常选取较大的安全系数，导致结构笨重、材料浪费等问题，在航天航空、汽车等领域的直接影响就是增加能源消耗和环境污染。结构优化方法因能在概念设计阶段采用拓扑优化提供轻质、高效的结构布局，在详细设计阶段采用形状、尺寸优化提供结构最佳形貌和尺寸，正广泛应用于实体结构的轻量化设计中；然而，拓扑优化只能给出减材的建议，缺少在薄弱部位增材的指导；形状、尺寸优化是基于局部参数寻优，其轻量化空间极小，难以得到颠覆性设计方案。仿生优化设计作为一种新兴的现代设计方法，正逐步应用于结构轻量化设计中。传统的结构仿生轻量化设计是指通过研究与工程结构具备一定相似性的自然生物的结构特点，进而在结构设计过程中进行仿生模拟，实现轻量化。但是，一个部件往往包含多个零件，每个零件工况各不相同，通常很难找到一种适用于各种零件的仿生对象，若分别将选取的多个仿生对象应用在特定相似结构件中，将产生巨大的工作量；同时，现有结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构仿生轻量化设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：分析承载结构的工况特点和功能特征；根据所述工况特点和所述功能特征确定优化区域单元和非优化区域单元；根据变密度拓扑优化方法计算优化区域单元的相对密度，得到承载结构的传力骨架；根据所述传力骨架的特点确定多个与工况特点具有相似特征的仿生模型；计算多个所述仿生模型与所述承载结构的相似度，获得多个相似度值；将多个所述相似度值按照降序排序，选取前n个所述相似度值对应的仿生模型，获得第一仿生模型；分析所述第一仿生模型的结构特征和微观截面特征；选取多个所述第一仿生模型中对所述工况特点有利的结构特征，进行交叉互换，获得第二截面特征；将所述传力骨架作为...

【技术特征摘要】
1.一种结构仿生轻量化设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：分析承载结构的工况特点和功能特征；根据所述工况特点和所述功能特征确定优化区域单元和非优化区域单元；根据变密度拓扑优化方法计算优化区域单元的相对密度，得到承载结构的传力骨架；根据所述传力骨架的特点确定多个与工况特点具有相似特征的仿生模型；计算多个所述仿生模型与所述承载结构的相似度，获得多个相似度值；将多个所述相似度值按照降序排序，选取前n个所述相似度值对应的仿生模型，获得第一仿生模型；分析所述第一仿生模型的结构特征和微观截面特征；选取多个所述第一仿生模型中对所述工况特点有利的结构特征，进行交叉互换，获得第二截面特征；将所述传力骨架作为仿生结构的基体，将所述第二截面特征作为所述传力骨架的截面，建立结构仿生模型。2.根据权利要求1所述的一种结构仿生轻量化设计方法，其特征在于，所述根据所述工况特点和所述功能特征确定优化区域单元和非优化区域单元具体包括：根据所述工况特点和所述功能特征使用三维软件建立结构包络体模型；将所述结构包络体模型导入有限元软件中，施加载荷和边界条件，建立有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凤和，王朝华，冀玉龙，李永欣，杨权威，韩金旭，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13