基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法，包括步骤：建立原始模型，选择制造材料，对原始模型进行应力及变形分析并判断材料选择是否适合，对原始模型进行创成式拓扑优化，根据评价模型筛选创成式优化设计方案；以传统加工工艺为导向，对创成式优选方案模型逆向重构并再次进行应力、变形分析，校核强度及刚度；对不满足设计要求的重构模型进行二次或多次重构，直至获得满足设计要求的结果。本发明专利技术突破了拓扑优化结构成型依赖于增材制造的限制，解决了增材制造技术成型尺寸有限，加工失败风险大，制造成本高昂等局限性的影响下，拓扑优化技术难以得到广泛应用的难题，并且有效降低大中型件的重量、加工难度及制造成本。工难度及制造成本。工难度及制造成本。

【技术实现步骤摘要】
基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法


[0001]本专利技术属于模型设计、金属加工制造
，尤其涉及一种基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法。

技术介绍

[0002]在工程应用中，结构轻量化设计意味着更少的材料成本和更低的能源消耗，在航空航天、汽车制造等诸多领域具有广泛的应用。
[0003]创成式拓扑优化设计是一种集创成式设计与拓扑优化设计于一体的结构轻量化设计方式。所谓创成式设计，即可以根据设计者意图而探索所有可能的解决方案组合，从而快速生成备选方案的一种设计方式。拓扑优化技术以材料分布为优化对象，可以在指定的设计空间中找到满足设计目标的最佳的材料分布方案，从而实现目标结构的轻量化设计。创成式拓扑优化技术可以根据设计者提供的设计目标(如目标应力、目标刚度)和约束参数(如材料属性、工况条件、非设计空间)，调整材料在设计空间上的最佳分配关系，优化受力分布，经过多次迭代计算，最大程度上实现目标结构的轻量化设计的同时，提供多种满足设计目标的备选方案供设计者参考优选。
[0004]拓扑优化结构往往极具复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、对结构件进行原始模型设计；S2、为原始模型选择制造材料；S3、对所述原始模型定义材料属性、载荷及边界约束条件,进行应力、变形分析，记录峰值应力σ
max
；校核选择的材料是否满足设计要求，满足则执行步骤S4,否则返回执行步骤S2；S4、对原始模型进行创成式拓扑优化设计，具体步骤包括：S41、将原始模型作为优化对象导入创成式拓扑优化设计系统，输入与步骤S3中相同的材料属性、载荷及边界约束条件；根据工况条件，将优化对象划分出非设计空间及设计空间，并对设计空间进行形状、尺寸调整，释放结构优化空间；所述非设计空间为优化对象在结构优化过程中形状、尺寸需要保持原始设计形态的区域，所述设计空间为优化对象非设计空间以外的区域；S42、构建目标应力值计算模型，计算目标应力值σ
t
：其中，σ
t
为目标应力值，σ
max
为峰值应力，n为安全系数值；S43、输入目标应力值σ
t
，选择优化过程中形成的支柱密度，分别运行迭代计算，得到不同支柱密度下的创成式拓扑优化结果及其质量q
to
、峰值应力S
max
及最大变形量U
max
；S44、构建创成式拓扑优化设计方案评价模型：P＝αQ+PS+μUQ＝q0/q
to
S＝σ
t
/S
max
U＝U
o
/U
max
其中，P为评估创成式拓扑优化设计最优方案的评估值，Q为轻量化水平参数、S为应力水平参数、U为变形程度参数，q
o
为原始设计模型的质量，q
to
为创成式拓扑优化结果的质量，σ
t
为目标应力值，S
max
为创成式拓扑优化结果的峰值应力，U
o
为设计要求的最大变形量，U
max
为创成式拓扑优化结果的最大变形量，α、β、μ分别为评估轻量化水平参数Q、应力水平参数S、变形程度参数U的影响因子；S45、根据对轻量化水平、应力水平及变形程度权重要求的不同，为评价模型设置满足要求的影响因子α、β、μ，确定适用的评价模型；S46、利用适用的评价模型及步骤S43得到的参数值，对不同支柱密度下的创成式拓扑优化结果进行评价，选择评估值最高的创成式拓扑优化结果作为创成式优化模型；S5、对创成式优化模型进行导向式模型重构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩天，张超，张升，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：