一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多变量设计的点阵

【技术实现步骤摘要】
一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法


[0001]本专利技术涉及结构优化领域，尤其是一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]近年来，增材制造技术的高速发展实现了对具有复杂几何形貌结构件的加工制造，越来越多的创新性设计从概念转化为实际产品，尤其是点阵材料填充设计。点阵材料是一种含有多孔微结构的高性能轻量化材料，具有散热、减震、隔声等多功能属性，在日用商品，建筑装饰，汽车工业和航空航天等领域具有广阔的应用前景。
[0004]结构拓扑优化基于给定的边界条件及约束，寻找结构设计域内材料的最优分布，以使结构目标性能最优。利用拓扑优化方法设计高性能非均匀点阵填充结构已成为结构优化设计领域内的热点。相较于完全点阵填充设计，点阵
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实体复合结构可实现更优的力学性能。近年来，基于拓扑优化方法的点阵
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实体复合结构设计得到一些进展。但专利技术人发现，现有的方法无法实现多变量设计的点阵
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实体复合结构优化，无法在约束点阵材料相对密度变化范围的情况下，实现多变量设计点阵
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实体材料协同优化。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，实现多变量设计的点阵
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实体复合结构优化，在约束点阵材料相对密度变化范围的情况下，实现了点阵
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实体材料协同优化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，包括如下内容：
[0008]建立包含多种设计变量的点阵材料结构构型；
[0009]计算若干样本点数据，即获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性；
[0010]基于若干样本点数据，建立映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型；
[0011]设置多设计变量对于点阵
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实体材料的设计定义域，包括点阵材料定义域和实体材料定义域，并根据映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型，建立点阵
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实体多材料插值模型；
[0012]构建多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型；
[0013]基于点阵
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实体多材料插值模型和多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型，计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息，并更新设计变量；
[0014]根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化。
[0015]如上所述的拓扑优化方法，基于多变量设计，能够有效提高点阵
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实体复合结构的力学性能，根据点阵材料定义域和实体材料定义域来建立点阵
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实体多材料插值模型，实现多变量设计的点阵
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实体复合结构的协同优化。
[0016]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化，否则进入下一步骤；
[0017]根据更新后的设计变量，判断当前设计变量是否满足材料定义域的更新条件，如果满足，则更新材料定义域，否则不更新；并重新回到计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息。
[0018]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述多种设计变量指的是点阵材料的定义参数，点阵材料的定义参数包括点阵材料结构构型的宽度参数或长度参数或角度参数或组成系数参数。
[0019]在建立点阵材料结构构型中，给出设计变量的变化范围。
[0020]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性包括点阵材料的相对密度、点阵材料的等效弹性矩阵。
[0021]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述插值模型的拟合关系式根据基于样本点数据和最小二乘法计算得到的拟合常数和点阵材料的定义参数来确定。
[0022]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述点阵材料定义域为多种设计变量均介于预定义点阵材料的定义参数的最小值和预定义点阵材料的定义参数的最大值之间。
[0023]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述实体材料定义域为多种设计变量均大于预定义点阵材料的定义参数的最大值，此时多种设计变量协同变化，且多种设计变量协同变化的范围介于点阵材料的定义参数的最大值和设计变量变化范围的最大值之间。
[0024]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述点阵
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实体多材料插值模型基于点阵材料定义域、实体材料定义域、设计变量和映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型来获取。
[0025]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述构建多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型后，定义拓扑优化结构参数，并设置优化迭代初始设计。
[0026]如上所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，所述基于点阵
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实体多材料插值模型和多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型，计算此时设计变量对应的材料属性，并进行有限元分析，计算得到结构位移，再计算当前设计变量对应的目标函数数值；
[0027]使用移动渐进法更新所述的设计变量。
[0028]上述本专利技术的有益效果如下：
[0029]1)本专利技术通过拓扑优化方法的提供，基于点阵
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实体复合结构设计，能够有效提高点阵材料填充结构的力学性能，极大地扩展了点阵材料填充结构的设计空间。
[0030]2)本专利技术通过拓扑优化方法的提供，基于多变量设计，根据点阵材料定义域和实体材料定义域来建立点阵
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实体多材料插值模型，实现多变量设计的点阵
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实体复合结构的协同优化，最大限度地发挥了点阵
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实体复合结构的设计潜力；整体对于多种形式的点阵材料与实体复合的结构优化问题具有广泛的适用性。
[0031]3)本专利技术基于点阵材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，包括如下内容：建立包含多种设计变量的点阵材料结构构型；计算若干样本点数据，即获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性；基于若干样本点数据，建立映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型；设置多设计变量对于点阵
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实体材料的设计定义域，包括点阵材料定义域和实体材料定义域，并根据映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型，建立点阵
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实体多材料插值模型；构建多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型；基于点阵
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实体多材料插值模型和多变量点阵
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实体复合结构拓扑优化数学模型，计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息，并更新设计变量；根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化。2.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化，否则进入下一步骤；根据更新后的设计变量，判断当前设计变量是否满足材料定义域的更新条件，如果满足，则更新材料定义域，否则不更新；并重新回到计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息。3.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述多种设计变量指的是点阵材料的定义参数，点阵材料的定义参数包括点阵材料结构构型的宽度参数或长度参数或角度参数或组成系数参数；在建立点阵材料结构构型中，给出设计变量的变化范围。4.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵
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实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述不同设计变量对应的点阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继凯，张乘虎，李磊，黄嘉奇，
申请(专利权)人：山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：