考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法、系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法、系统及应用，其技术方案为：包括建立频带约束表达式，并计算频带约束表达式的敏度；根据敏度信息将频带约束表达式集成到动力学拓扑优化模型中，获得设定频率范围下禁带结构。本发明专利技术基于改进的Heaviside函数，以建立具有连续、可微等特点的频带约束数学表达列式；通过推导该函数的敏度，将其集成到传统的动力学拓扑优化模型中，实现了指定频率范围下结构禁带设计。

【技术实现步骤摘要】
考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法、系统及应用
本专利技术涉及结构拓扑优化
，尤其涉及考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法、系统及应用。
技术介绍
机床在高速切削过程中，往复运动部件在改变切削方向时会引发惯性冲击、切削冲击等外部载荷，造成机床结构振动。机床的振动会影响加工质量、减少刀具寿命并产生噪声污染，因而拟制加工过程中的振动现象成为重要的研究方向。当外激励频率等于或接近结构的固有频率时，会产生共振现象，因此合理的调整结构固有频率使其避开加工常用频率，可有效的拟制机床结构的加工振动变形，以提升机床加工精度并减少加工噪音。随着计算机技术的飞速发展，机床结构的设计除了依靠传统经验外，采用结构优化设计的思想进行改进已成为高端机床研究的重点。其中，拓扑优化方法因无需初始构型，可获得特定工况或性能需求下的最优概念构型，已成为机床结构概念设计的重要手段。结构频率优化设计一直是拓扑优化领域的重点研究内容。专利技术人发现，现有技术中提出了一种基频最大的结构拓扑优化方法，但此方法仅仅针对结构的第一阶固有频率进行最大化设计，并未考虑结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，包括：/n建立频带约束表达式，并计算频带约束表达式的敏度；/n根据敏度信息将频带约束表达式集成到动力学拓扑优化模型中，获得设定频率范围下禁带结构。/n

【技术特征摘要】
1.考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，包括：
建立频带约束表达式，并计算频带约束表达式的敏度；
根据敏度信息将频带约束表达式集成到动力学拓扑优化模型中，获得设定频率范围下禁带结构。


2.根据权利要求1所述的考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，首先确定待设计结构并划分网格，定义拓扑优化的设计域；添加边界条件，计算单元刚度矩阵和单元质量矩阵，并建立总体刚度阵和总体质量阵；
求解结构特征频率和特征向量，根据要施加的频率禁带构造频带约束函数。


3.根据权利要求2所述的考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，对频带约束函数进行光滑化处理，得到相应频率对应的频带约束函数值；采用P范数求解所有频带约束函数值的最大值。


4.根据权利要求3所述的考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，将频带约束函数公式放入优化列式中，在对应的拓扑优化问题中定义目标函数为结构的基频最大，约束条件是满足频带约束和体积约束，建立拓扑优化模型。


5.根据权利要求4所述的考虑频带约束的结构动力学拓扑优化方法，其特征在于，求解所述最大值对设计变量的一阶导数，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李取浩，吴强波，张松，李建勇，满佳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37