【技术实现步骤摘要】
一种基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化设计方法
本专利技术涉及频率约束下的连续体结构拓扑优化设计领域，特别涉及一种基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化设计方法，该方法考虑材料弹性模量和密度的不确定性对结构的刚度的影响以及针对基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化方案的制定。
技术介绍
在工程实际中，结构不仅会受到重力等静态载荷的作用，还往往会受到振动载荷的作用。如飞机受到发动机振动的影响和气动载荷的影响；机床在工作时会受到由于电机高速转动及其他因素所引起的振动；汽车在行驶时受到发动机工作和路面颠簸影响所产生的振动载荷等等。共振现象很容易导致结构的破坏。因此在进行结构设计时，不仅要对结构进行静力学分析，还需要对结构进行动力特性分析，进行优化设计，以达到避免共振，保证结构安全的目的。结构优化设计按设计变量的不同主要可分为三个层次，尺寸优化、形状优化和拓扑优化。对于连续体结构拓扑优化，尺寸优化是指在结构拓扑构型以及各部分形状都已确定时，对某些尺寸进行数值最...
【技术保护点】
1.一种基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化设计方法，其特征在于，实现步骤如下：/n步骤一：针对设计结构的特征，运用有限元将设计域进行离散，并采用修正的带罚因子的固体各向同性微结构/材料插值模型(Modified Solid Isotropic Microstructure/Material with Penalty,MSIMP)模型来描述材料的弹性模量和密度，并选取合适的材料刚度和密度下限以避免局部模态问题；/n步骤二：采用区间模型来描述包括材料的弹性模量和密度的结构材料参数的不确定性范围，并采用顶点组合方法来计算不确定性影响下的结构固有频率的结果，并...
【技术特征摘要】
1.一种基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化设计方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤一：针对设计结构的特征，运用有限元将设计域进行离散，并采用修正的带罚因子的固体各向同性微结构/材料插值模型(ModifiedSolidIsotropicMicrostructure/MaterialwithPenalty,MSIMP)模型来描述材料的弹性模量和密度，并选取合适的材料刚度和密度下限以避免局部模态问题；
步骤二：采用区间模型来描述包括材料的弹性模量和密度的结构材料参数的不确定性范围，并采用顶点组合方法来计算不确定性影响下的结构固有频率的结果，并取其中的最大值作为固有频率的上界，最小值作为固有频率的下界，从而获得结构固有频率的界限范围；
步骤三：运用非概率可靠性指标来衡量不确定性对结构安全的影响，并采用边界元公式来克服优化过程中的模态交换问题，从而构建基频和频率间隔混合约束下的连续体结构非概率可靠性拓扑优化模型：
0≤ρi≤1,i＝1,2,…,N
其中，V表示结构的总体积，ρ＝(ρ1,ρ2,…,ρN)T是密度设计变量，Vi是第i个单元的实体体积，N为所划分有限元的单元个数，R(·)为非概率可靠度函数，为第k阶结构固有频率的区间，ω1为基频约束值，η为目标非概率可靠度，为了克服优化过程中的模态交换问题，对前sj-1阶频率都采用了可靠性约束，而表示第sj+1阶和第sj阶频率间隔约束，J表示所要考虑的模态的阶数，和ω′r是在某一个特定顶点组合下的结构的固有频率，在这里改顶点组合取为不确定参数的中点，同样，约束和的添加也是为了克服优化过程中的模态交换问题；
步骤四：采用性能极值方法对原来的非概率可靠性指标进行处理来...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志平，夏海军，王磊，张泽晟，马铭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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