基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法技术

本发明专利技术公开了基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法，其包括建立变高度筋条结构设计域的有限元模型，将其划分为有限元网格；根据有限元网格边界、载荷条件，以及筋条成型方向设置单元集合；基于单元集合中的参数，构建亥姆霍兹各向异性过滤函数；采用有限元方法求解亥姆霍兹各向异性过滤函数弱形式；通过亥姆霍兹各向异性过滤函弱形式求解过滤后的单元密度向量，即进行线性过滤；基于反S型函数对线性过滤后的密度进行非线性过滤，得到最终过滤密度；基于最终过滤密度，建立拓扑优化结果。本发明专利技术通过非线性映射方法对筋条高度进行过滤，能够达到自由控制加筋高度的目的，最终能够得到具有良好刚度传递性能的变高度加筋的结构形式。形式。形式。

【技术实现步骤摘要】
基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法


[0001]本专利技术涉及工程结构优化设计领域，具体涉及一种基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]本专利采用拓扑优化方法对薄壁加筋结构进行概念设计。在进行结构创新型设计时需结合工艺可行性，因此拓扑优化方法需要考虑制造工艺约束的影响。工程中的薄壁结构为了满足气动外形、受限空间、强度、刚度等要求，往往被设计成薄壁加筋的结构形式，加筋的形状(加筋高度，加筋截面形状等)和在其蒙皮上的分布形式直接决定其结构的力学性能。一般通过机械铣切、挤压以及较为先进的增材制造等工艺对薄壁加筋结构进行加工制造。
[0003]薄壁加筋结构的力学性能与加筋的形状、分布形式密切相关，现有的拓扑优化方法普遍只针对加筋的分布形式进行优化设计，而缺少针对加筋形状的优化设计的方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法解决了现有技术无法自由控制加筋高度和无法达到良好的刚度传递性的问题。
[000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立变高度筋条结构设计域的有限元模型，将其划分为有限元网格；S2、根据有限元网格边界、载荷条件，以及筋条成型方向设置单元集合；S3、基于单元集合中的参数，构建亥姆霍兹各向异性过滤函数；S4、采用有限元方法求解亥姆霍兹各向异性过滤函数，得到亥姆霍兹各向异性过滤函数弱形式；S5、通过亥姆霍兹各向异性过滤函弱形式求解过滤后的单元密度向量，即进行线性过滤；S6、基于反S型函数对线性过滤后的单元密度向量进行非线性过滤，得到最终过滤单元密度向量；S7、基于最终过滤单元密度向量，建立拓扑优化结果。2.根据权利要求1所述的基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法，其特征在于，步骤S2中的具体过程为：根据有限元网格边界、载荷条件以及筋条成型方向创建单元集合，单元集合包括：设计域单元集合、非设计域单元集合、受载荷节点集合、边界节点集合、筋条根部节点集合、筋条顶部节点集合；根据单元集合中的设计域单元集合、非设计域单元集合、受载荷节点集合、边界节点集合进行刚度阵的组装以及有限元求解，得到总体刚度阵；根据单元集合中的筋条根部节点集合、筋条顶部节点集合判断筋条高度生长方向：将筋条根部节点集合赋值为0，筋条顶部节点集合赋值为1，构建变量场，应用扩散方程求解该变量场方向向量，即亥姆霍兹各向异性过滤函数的挤压方向。3.根据权利要求2所述的基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法，其特征在于，步骤S3中构建亥姆霍兹各向异性过滤函数的具体过程为：根据公式：根据公式：构建亥姆霍兹各向异性过滤函数，其中为各向异性过滤函数过滤后的密度场，ρ为过滤前的密度场，n为设计域边界Γ的法向量，Ω为设计域，为向量微分算符，on为包含，c为用以表述扩散效果的3
×
3的二阶正定张量，用以确定过滤的范围：V＝[v
n
,v
t1
,v
t2
]其中V为局部坐标系三个方向的空间基底矢量的矩阵形式，T为转置，r
n
为加筋高度方向v
n
的过滤半径，r
t1
为挤压方向v
t1
的过滤半径，r
t2
为挤压方向v
t2
的过滤半径，v
n
、v
t1
和r
t2
互相正交。4.根据权利要求3所述的基于Sigmoid函数的变高度加筋拓扑优化方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：米栋，艾兴，郑岩斌，钱正明，赵艳云，魏巍，徐胜利，王明洲，周演，贾晗晗，周才华，王博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：