一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法技术

一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法包含:建立折纸超结构的有限元模型；对折纸超结构的面外准静态压缩过程进行仿真分析，并提取面外压缩过程中载荷和能量随位移的变化曲线，分别获得初始峰值力和比吸能；在此基础上，利用主次影响因素分析方法，获得重要影响几何参数，降低模型的复杂程度；建立以初始峰值力和比吸能为优化目标，以边长比、展开角度和厚度为设计变量，以几何尺寸为约束的优化模型；采用拉丁超立方试验设计方法获取样本点，基于响应面方法，拟合目标函数的响应面模型，获得初始峰值力与比吸能的显式表达式；采用改进的非支配排序遗传算法，对多目标优化模型进行求解计算获得最优化结果。本发明专利技术提高效率节省成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法
本专利技术为基于Miura折纸原理的超结构提供了一种最优化设计方法，适用于薄壁吸能结构的构型设计。
技术介绍
折纸是一种古老的艺术形式，通过预先设计的折痕可折叠出许多复杂的空间几何形状。由于折纸结构具有优异的力学性能和丰富的可设计性，其在工程领域具有广泛的应用价值。折纸结构通过堆叠或模块的组合可形成具有超常物理性质的折纸超结构，因其在薄壁结构吸能方面具有高能量吸收和保持轻量化的显著特征而得到关注。薄壁结构作为一种常见的结构形式，广泛应用于航天、汽车、建筑等领域，其低成本、高吸能效率、轻量化的优点使其成为吸能缓冲零件的首选结构形式。折纸原理在薄壁结构能量吸收领域的应用具有优越性，其中基于三浦折纸(Miura)原理的折纸超结构可以实现出色的承重和能量吸收性能，并且能保持轻量化。在结构压缩变形过程中，初始峰值力表示折纸超结构受载变形的难易程度，过高的初始峰值力使得折纸超结构很难进入吸能阶段而失去作用，同时折纸超结构变形过程中需保证足够的能量吸收能力。因而需对初始峰值力和比吸能进行相应的控制，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法，其特征在于，包含以下步骤：/n第一步，建立基于Miura折纸原理的超结构有限元模型；/n第二步，基于第一步中的有限元模型设置，对折纸超结构面外压缩过程进行仿真分析，并提取载荷—位移变化曲线与折纸超结构的能量—位移变化曲线，分别获得初始峰值力和比吸能数值；/n第三步，建立以折纸超结构边长比、单元角度、展开角度和厚度为输入，初始峰值力和比吸能为力学性能响应的主次影响因素分析，获得重要影响几何参数；/n第四步，在第三步基础上，建立以初始峰值力和比吸能为目标，以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量，以尺寸为约束的优化设计模型，对折纸超结构进行力学性...

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步，建立基于Miura折纸原理的超结构有限元模型；
第二步，基于第一步中的有限元模型设置，对折纸超结构面外压缩过程进行仿真分析，并提取载荷—位移变化曲线与折纸超结构的能量—位移变化曲线，分别获得初始峰值力和比吸能数值；
第三步，建立以折纸超结构边长比、单元角度、展开角度和厚度为输入，初始峰值力和比吸能为力学性能响应的主次影响因素分析，获得重要影响几何参数；
第四步，在第三步基础上，建立以初始峰值力和比吸能为目标，以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量，以尺寸为约束的优化设计模型，对折纸超结构进行力学性能最佳的参数优化设计；
第五步，基于响应面方法，根据设计变量区域范围，采用拉丁超立方试验设计获得样本点，拟合目标函数的响应面表达式，实现目标函数的显式化，并利用复相关系数与修正复相关系数对响应面函数的精度进行检验；
第六步，通过调用MATLAB软件中集成的函数库，采用改进的非支配排序遗传算法求解多目标优化模型，获得多目标优化的最优解分布规律，对最优解集进行筛选得到优化结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于响应面方法的折纸超结构多目标优化设计方法，其特征在于：
步骤一中所述的有限元模型包括建立几何模型、赋予材料属性、设置边界条件和划分网格；其中设置边界条件的方法是：首先在折纸超结构上下两端各装配一个刚性板，并在刚性板形心处各建立一个参考点，然后采用刚体约束，将参考点和平板进行连接；上端的参考点约束两个方向的移动和和三个方向的转动，只放开压缩方向的移动；下端参考点约束三个方向的移动和三个方向的转动，实现全约束。


3.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，王振祺，王秀华，申文杰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11