基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法及系统。本发明专利技术所提供的方法包括：建立无人机结构的几何模型，并确定设计域的大小；将设计域进行网格划分，并获取设计域的物理参数，物理参数包括网格的尺寸、网格的密度、以及约束边界条件；将设计域的物理参数作为初值，对设计域进行拓扑优化，判断优化后的设计域是否满足预设标准，若是不满足，则对优化后的设计域继续进行优化，直至满足预设标准；输出相应的密度分布信息，并利用相应的密度分布信息进行无人机增材制造。本发明专利技术能够节约计算资源，在一定程度上提高结构优化设计的自由度，同时，能够保证不同微结构之间的连通性。间的连通性。

【技术实现步骤摘要】
基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法


[0001]本专利技术涉及结构拓扑优化设计领域，尤其是涉及一种基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法及系统。

技术介绍

[0002]多微结构有着轻量化，多孔洞的特点，并且通过合理的设计，其较单一微结构在特定方面有着更好的力学性能，因此多微结构被广泛的应用于航空航天领域中。但是，在传统的基于双尺度并行拓扑优化无人机算法中存在着计算量大和不同微结构之间连通性难的问题。
[0003]由于对于优化每一种微结构在宏观尺度中的空间分布，都需要一个对应的宏观设计域。传统的基于双尺度并行拓扑优化无人机算法在处理计算量大问题时，往往是通过对宏观设计域进行预处理，但此种方法大大降低了材料的设计空间。
[0004]此外，在微结构的拓扑优化方法中，由于周期性条件的存在，所以对于相同晶格材料内部的微结构之间是彼此相连通的，但是对于不同晶格材料之间很难确保连通性。传统的基于双尺度并行拓扑优化无人机算法在处理连通性问题时，往往是通过在微结构中预先定义一个连接点来确保相邻微结构之间的连接，但此种方法，也降低了材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S101、建立无人机结构的几何模型，并确定设计域的大小；步骤S102、将所述设计域进行网格划分，并获取所述设计域的物理参数，所述物理参数包括网格的尺寸、网格的密度、以及约束边界条件；步骤S103、将所述设计域的物理参数作为初值，对所述设计域进行拓扑优化，判断优化后的设计域是否满足预设标准，若是不满足，则对所述优化后的设计域继续进行优化，直至满足预设标准；步骤S104、输出相应设计域的密度分布信息，并利用所述相应设计域的密度分布信息进行无人机增材制造。2.根据权利要求1所述的基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法，其特征在于，步骤S103包括：步骤S103
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1、在宏观设计域中识别出多种微结构块，其中微结构块的种数与宏观设计域中密度的种数相同，每个微结构块包括多个相同密度的微结构；步骤S103
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2、在宏观设计域中获取相邻微结构块之间的边界层的分布；步骤S103
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3、在宏观设计域中将所述相邻微结构块与对应相邻微结构块之间的边界层的密度进行插值组装，得到宏观设计域中密度插值函数；步骤S103
‑
4、在微观设计域中，对每种微结构进行微观设计域的面积约束，获得每种第一微结构；对任一种第一微结构进行边界层微结构连通约束，获得第二微结构，其中第一微结构用于填充微结构块，第二微结构用于填充边界层。3.根据权利要求2所述的基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法，其特征在于，所述步骤S103
‑
1的过程，包括：通过第一赫姆霍兹平滑投影滤波器、第一分段投影滤波器、第二赫姆霍兹平滑投影滤波器和第二分段投影滤波器，识别出多种微结构块。4.根据权利要求3所述的基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法，其特征在于，所述第一分段投影滤波器通过式二表示：其中，表示通过第一分段投影滤波器后获得的元素e的密度；β
PP1
为预设的第一分段投影滤波器的锋利度参数；η
PP1
为预设的第一分段投影滤波器的投影阈值；分别表示第i'、i'+1种微结构块的归一化密度，其中，其中，表示第i种微结构块的密度；m表示微结构块的种数；ρ
max
表示m种微结构块中的最大密度；
其中，x
1A
表示第一中间变量参数；表示通过第一赫姆霍兹平滑投影滤波器后获得的元素e的密度。5.根据权利要求2所述的基于双尺度并行拓扑优化的无人机结构优化方法，其特征在于，所述步骤S103
‑
2的过程，包括：利用梯度范数滤波器、第一标准投影滤波器、标准平滑滤波器和第二标准投影滤波器进行滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何绍溟，谷雪晨，余茜，董轶昊，曲家琦，陶宏，闫浩民，宋韬，林德福，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：