【技术实现步骤摘要】
一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法
本专利技术涉及结构中材料的布局设计，适用于考虑疲劳特性的结构初始概念设计。
技术介绍
拓扑优化是结构优化设计中最具挑战性的研究领域，是一种创新性的设计方法。连续体结构优化旨在满足约束的条件下，寻找设计域中最佳的传力路径，实现轻量化的设计。拓扑优化相比尺寸优化和形状优化具有更多的设计自由度，对结构轻量化的贡献也最大，因此得到广大设计人员的青睐。疲劳破坏的现象常见于工程实际中，在长期循环工作载荷作用下，结构易于产生疲劳破坏，据统计，大约有80％以上的工程结构断裂事故是结构的疲劳破坏引起的，疲劳破坏没有明显先兆，危险性巨大。目前工程实际中对在位移、刚度、强度、频率、体积、质量等约束下的拓扑优化开展了一些研究。但是，疲劳破坏问题在实际中又不可避免，因此，对结构进行优化设计时考虑疲劳特性非常必要，使结构在满足疲劳特性的要求下，结构的得到轻量化设计，从而降低成本，节约材料。本专利技术针对结构疲劳特性提出了一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，这种疲劳拓扑优化模型以结构质量最小为目标、结构疲劳寿命为约束，利用材料S-...
【技术保护点】
1.一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立基结构有限元模型；第二步，输入疲劳寿命约束下限，质量收敛精度，形成以结构质量最小为目标，结构疲劳寿命为约束的优化模型；第三步，初始化单元拓扑变量，并提取基结构信息；第四步，对结构进行疲劳分析，并提取单元的疲劳寿命；第五步，利用第四步提取的信息，基于全局化求解策略对优化模型进行显式化处理；第六步，求解优化模型；第七步，判断是否满足质量收敛精度，若不满足返回第四步；若满足，则反演最优连续拓扑变量，获得最优拓扑结构。
【技术特征摘要】
1.一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立基结构有限元模型；第二步，输入疲劳寿命约束下限，质量收敛精度，形成以结构质量最小为目标，结构疲劳寿命为约束的优化模型；第三步，初始化单元拓扑变量，并提取基结构信息；第四步，对结构进行疲劳分析，并提取单元的疲劳寿命；第五步，利用第四步提取的信息，基于全局化求解策略对优化模型进行显式化处理；第六步，求解优化模型；第七步，判断是否满足质量收敛精度，若不满足返回第四步；若满足，则反演最优连续拓扑变量，获得最优拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，第一步所述的建立基结构有限元模型，其实现过程为：包括建立基结构的几何模型，赋予材料参数，设置边界条件、外载荷条件以及疲劳分析的材料疲劳特性、载荷历程，并设置结构分析类型。3.根据权利要求1所述的一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，第二步所述的输入疲劳优化优化参数，形成优化模型，其实现过程为：包括设置收敛精度、疲劳寿命约束下限，进而形成疲劳拓扑优化模型：式中t＝(t1,…,ti,…,tN)T为单元拓扑变量向量，ti为单元i的拓扑变量值，W为结构总质量；wi为单元i的质量，Li为单元i的疲劳寿命，Li为单元i的疲劳寿命约束下限，N为单元拓扑设计变量的数目。4.根据权利要求1所述的一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，第三步所述的初始化变量并提取基结构信息，其实现过程为：包括提取基结构有限元模型的单元材料属性、单元号、节点号及厚度信息，并对拓扑变量及对应上下限数组进行初始化，为求解优化模型提供有限元模型的初始参数。5.根据权利要求1所述的一种基于全局化求解策略的疲劳结构拓扑优化设计方法，其特征在于，第四步所述的对结构进行疲劳分析，并提取疲劳分析分析结果，其体实现过程为：对结构进行静力及疲劳分析，并提取单元的疲劳寿命，为优化模型中疲劳寿命约束方程的显式化提供初始参数。6.根据权利要求1所述的一种基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶红玲，苏鹏飞，王伟伟，戴宗杰，隋允康，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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