一种等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法技术

本发明专利技术提出一种等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，根据人防工程的实际封堵尺寸，建立防护设备的整体结构，将爆炸冲击波的动力载荷通过等效静荷载方法转化为加载到受力结构表面的均布静力荷载，建立数学模型，进行拓扑优化，并将结构拓扑后的整体实心构造进行差动构造设计，最后按照装配体的构造要求及尺寸优化理论，达到轻量化的目的。通过本发明专利技术的设计方法，可以在约束条件下，改变设计变量，求得单目标甚至多目标值的最优解，是机械设计中实现结构轻量化的一种绝佳手段：大大提高了材料的利用率，轻量化设计减轻了设备重量，提高了设备的操作性能和人防工程现场装配的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法
本专利技术涉及人防工程的防护设备
，特别是一种防护结构的轻量化设计方法。
技术介绍
目前，人防工程防护设备的机械结构为了达到战技要求的使用性能，往往采用槽钢和工字钢作为骨架型材拼焊，就满足相应级别的抗力和变形量而言，设计冗余、造成加工材料的浪费，而且设备自重较大、操作体验性较差，此外，传统的产品设计极度依赖设计者的经验，产品开发过程中难以避免地出现反复设计和修改，若开发前期设计不足往往会发生后期产品修改空间不足，将会大大影响产品开发的周期和成本。以平开门式结构为例，目前的人防工程用钢结构防护设备以平开门式结构为主，通过钢门扇和钢门框的配合实现战时封堵：其中门扇的受力骨架均采用现成的型钢，如槽钢、工字钢拼焊，并在前后敷设焊接钢板而成；门框则采用焊接有锚固筋的角钢制作而成，设备整体表现笨重，现场安装过程费时费力，使用上操作体验较差。而现有的设计方法多是采用CAD/CAE技术，根据设计经验，建模构造出设备的结构原型，经过有限元结构计算，考察设计结构的受力性能，当不满足要求时反复调整机械结构的设计，最终得到具有可行性的设计方案。由此可见，现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一，根据人防工程的实际封堵尺寸，进行防护结构的三维实体建模；步骤二，将爆炸冲击波的动力载荷转化为加载到防护结构表面的均布静力荷载；步骤三，定义优化的数学模型，进行拓扑优化，从整体结构中去除冗余设计，得到拓扑结构；步骤四，考察不同截面梁的弯曲刚度，在截面惯性矩相等的前提下，进行受力梁的截面设计，按照拓扑结构的实心构造和截面设计的尺寸对防护结构进行差动构造设计；步骤五，应用尺寸优化理论，对差动构造的不良受力结构加以改进。

【技术特征摘要】
1.一种等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一，根据人防工程的实际封堵尺寸，进行防护结构的三维实体建模；步骤二，将爆炸冲击波的动力载荷转化为加载到防护结构表面的均布静力荷载；步骤三，定义优化的数学模型，进行拓扑优化，从整体结构中去除冗余设计，得到拓扑结构；步骤四，考察不同截面梁的弯曲刚度，在截面惯性矩相等的前提下，进行受力梁的截面设计，按照拓扑结构的实心构造和截面设计的尺寸对防护结构进行差动构造设计；步骤五，应用尺寸优化理论，对差动构造的不良受力结构加以改进。2.根据权利要求1所述的等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤一中，通过CAD技术建立防护结构的整体几何结构。3.根据权利要求2所述的等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，利用等效静荷载计算方法将爆炸冲击波的动力载荷转换为防护结构均布静力荷载的标准值，计算公式为：其中，qf为防护设备均布静力荷载的标准值；为常规武器爆炸动荷载波形简化为无升压时间的三角形时的动力系数；ΔPr为爆炸冲击波作用在防护结构上反射超压的峰值；[β]为允许延性比；ω为结构的自振圆频率；t0为动载荷等效作用的时间。4.根据权利要求3所述的等效静荷载作用下的防护结构轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，将防护结构的几何实体离散成节点单元，建立有限元计算模型，并设立边界条件，所述边界条件包括约束条件和载荷，其中载荷以等效静荷载的方式施加在防护设备上。5.根据权利要求1所述的等效静荷载作用下的防护结构轻量化设...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚文涛，卢屹东，张瑞龙，王淑敬，殷卓，
申请(专利权)人：中国建筑标准设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11