梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质；该方法包括：基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型；根据所述动态压溃过程模型中的冲击参数和梯度泡沫金属结构的设计参数构建用于评价缓冲效果的评价指标；基于所述评价指标和所述设计参数的约束条件构建梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化模型；基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率；将全局优化模型通过由所述自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解，获得梯度泡沫铝冲击抑制结构的最优设计参数。制结构的最优设计参数。制结构的最优设计参数。

【技术实现步骤摘要】
梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质


[0001]本专利技术实施例涉及材料结构设计
，尤其涉及一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质。

技术介绍

[0002]随着制备工艺的进步，通过控制材料内部胞元分布等方法对泡沫金属的相对密度进行设计，由此得到了梯度泡沫金属材料，尤其是梯度泡沫铝材料。但是目前缺乏对梯度泡沫金属结构的动态压溃过程的理论模型建立，以及对梯度泡沫铝冲击抑制结构设计参数对缓冲效果影响的分析，更加缺乏综合考虑各优化目标的梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化数学模型，以及根据冲击抑制结构设计要求对泡沫金属材料进行优化设计的研究。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质；能够针对梯度泡沫铝结构受质量块高速冲击的动态压溃过程进行建模，并以此分析获得设计参数对评价指标的影响，进而对梯度泡沫铝冲击抑制结构进行全局优化设计，得到约束条件下的最优缓冲结构。
[0004]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法，所述方法包括：
[0006]基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型；
[0007]根据所述动态压溃过程模型中的冲击参数和梯度泡沫金属结构的设计参数构建用于评价缓冲效果的评价指标；
[0008]基于所述评价指标和所述设计参数的约束条件构建梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化模型；
[0009]基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率；
[0010]将全局优化模型通过由所述自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解，获得梯度泡沫铝冲击抑制结构的最优设计参数。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供了一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计装置，所述装置包括：第一构建部分、第二构建部分、第三构建部分、确定部分和最优参数获取部分；其中，
[0012]所述第一构建部分，经配置为基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型；
[0013]所述第二构建部分，经配置为根据所述动态压溃过程模型中的冲击参数和梯度泡沫金属结构的设计参数构建用于评价缓冲效果的评价指标；
[0014]所述第三构建部分，经配置为基于所述评价指标和所述设计参数的约束条件构建梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化模型；
[0015]所述确定部分，经配置为基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率；
[0016]所述最优参数获取部分，经配置为将全局优化模型通过由所述自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解，获得梯度泡沫铝冲击抑制结构的最优设计参数。
[0017]第三方面，本专利技术实施例提供了一种计算设备，所述计算设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
[0018]所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
[0019]所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
[0020]所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法的步骤。
[0021]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计程序，所述梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法的步骤。
[0022]本专利技术实施例提供了一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法、装置及介质；基于塑性冲击波理论针对梯度泡沫铝结构受质量块高速冲击的动态压溃过程进行建模以实现梯度泡沫铝的参数化，给出主要冲击参数与梯度泡沫铝自身设计参数之间的关系，从而能够精确地描述梯度泡沫金属在高速冲击载荷作用下的变形状况和结构内部的应力应变状态；然后基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率以对遗传算法进行改进，并采用改进后的遗传算法对梯度泡沫铝冲击抑制结构进行全局优化设计，得到约束条件下的最优缓冲结构，从而加快了遗传算法向最优解的收敛速度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法流程示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的梯度泡沫金属结构的动态压溃过程示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的总吸能量，比吸能，冲程效率和撞击力峰值随梯度泡沫铝平均相对密度的变化曲线示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例提供的由自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解流程示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例提供的最优个体适应度、种群平均适应度与迭代步数的结果示意图；
[0028]图6为本专利技术实施例提供的梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计装置组成示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例提供的一种计算设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031]参见图1，其示出了本专利技术实施例提供的一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法，该方法可以包括：
[0032]S101：基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型；
[0033]S102：根据所述动态压溃过程模型中的冲击参数和梯度泡沫金属结构的设计参数构建用于评价缓冲效果的评价指标；
[0034]S103：基于所述评价指标和所述设计参数的约束条件构建梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化模型；
[0035]S104：基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率；
[0036]S105：将全局优化模型通过由所述自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解，获得梯度泡沫铝冲击抑制结构的最优设计参数。
[0037]通过图1所示的技术方案，基于塑性冲击波理论针对梯度泡沫铝结构受质量块高速冲击的动态压溃过程进行建模以实现梯度泡沫铝的参数化，给出主要冲击参数与梯度泡沫铝自身设计参数之间的关系，从而能够精确地描述梯度泡沫金属在高速冲击载荷作用下的变形状况和结构内部的应力应变状态；然后基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率以对遗传算法进行改进，并采用改进后的遗传算法对梯度泡沫铝冲击抑制结构进行全局优化设计，得到约束条件下的最优缓冲结构，从而加快了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型；根据所述动态压溃过程模型中的冲击参数和梯度泡沫金属结构的设计参数构建用于评价缓冲效果的评价指标；基于所述评价指标和所述设计参数的约束条件构建梯度泡沫铝冲击抑制结构的全局优化模型；基于进化代数和种群中个体的适应度值确定自适应交叉概率和变异概率；将全局优化模型通过由所述自适应交叉概率和变异概率改进的遗传算法进行求解，获得梯度泡沫铝冲击抑制结构的最优设计参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于塑性冲击波理论，根据梯度泡沫金属结构的设计参数与动态压溃过程中的冲击参数之间的关系构建梯度泡沫金属结构在质量块高速冲击作用下的动态压溃过程模型，包括：确定所述梯度泡沫金属结构的设计参数；基于塑性冲击波理论，定义所述动态压溃过程中的冲击参数；根据所述梯度泡沫金属结构的设计参数建立每个所述冲击参数随冲击时间的变化关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述梯度泡沫金属结构的设计参数，包括：定义所述梯度泡沫金属结构的设计参数包括：结构长度L0、横截面积为A0、梯度泡沫金属材料的密度为ρ(x)ρ0；其中，ρ0为基体材料密度，ρ(x)为梯度泡沫金属在结构拉格朗日方向上的相对密度梯度分布，所述梯度泡沫金属材料的相对密度梯度分布表达式为ρ1表示冲击抑制结构的平均相对密度，γ表示泡沫金属材料的密度梯度，且γ＞0，x表示冲击方向X方向的拉格朗日坐标。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于塑性冲击波理论，定义所述动态压溃过程中的冲击参数，包括：设定动态压溃过程为：质量为M的质量块以初始速度v0撞击一端部固定的所述梯度泡沫金属结构，并且在撞击过程中仅在撞击端产生向支撑端传播的塑性冲击波；基于所述冲击波波阵面将所述梯度泡沫金属结构划分为波前部分和波后部分；其中，所述波前部分为在所述梯度泡沫金属结构中沿冲击方向处于所述冲击波波阵面前方的部分；所述波后部分为在所述梯度泡沫金属结构中沿冲击方向处于所述冲击波波阵面后方的部分；设定所述波前部分的冲击参数为：波前应力σ
zA
(t)、波前应变ε
zA
(t)、波前粒子速度v
zA
(t)；设定所述波后部分的冲击参数为：波后应力σ
zB
(t)、波后应变ε
zB
(t)、波后粒子速度v
zB
(t)以及波阵面位置φ
z
(t)；其中，所述波后粒子速度v
zB
(t)即为所述质量块的运动速度v(t)。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述梯度泡沫金属结构的设计参
数建立每个所述冲击参数随冲击时间的变化关系，包括：根据跨波阵面的质量守恒和动量守恒定律，所述波后应力的表达式为：根据梯度泡沫金属材料的D
‑
R
‑
PH模型，所述波前应力为：其中，动态初始压溃压力对于连续梯度闭孔泡沫铝材料来说，α＝170MPa，m＝1.86；根据所述波后应力的第一表达式，获得所述波后应变的表达式为：其中，动态应变硬化参数D＝βρ(φ
z
)
n
，对于连续梯度闭孔泡沫铝材料来说，β＝323MPa，n＝2.84；以质量块M及梯度泡沫金属结构冲击波波后部分为研究对象，由牛顿第二定律可得所述质量块运动速度的表达式为：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭金生，王震，王宏旭，寇玉君，孔宪仁，冯宇斐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：