基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法及设备技术

本发明专利技术属于结构优化设计相关技术领域，其公开了一种基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法及设备，包括以下步骤：(1)确定初始扫掠面参数化后的角点位置及索引；(2)将初始扫掠面共形参数化到二维标准域内，并网格划分；(3)结合网格划分得到三维曲面网格；(4)在曲面扫掠体设计域上优化调整三维曲面网格；(5)通过函数拟合得到体积分数与张量间的连续关系；(6)构建微结构梯度分布的优化列式，求得参数域内微结构体积分数的最优分布；(7)计算全局水平集函数后逆映射到扫掠曲面体设计域内以形成三维曲面域内的多尺度填充曲面构型，进而得到多尺度扫掠曲面结构。本发明专利技术有较高的设计效率及通用性。设计效率及通用性。设计效率及通用性。

【技术实现步骤摘要】
基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法及设备


[0001]本专利技术属于结构优化设计相关
，更具体地，涉及一种基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法及设备。

技术介绍

[0002]多尺度复杂曲面结构在航空、航天、航海等领域有广泛应用，其设计制造水平代表着制造业的核心竞争力，随着以增材制造技术为代表的先进制造技术的发展，多尺度设计理念获得技术支撑。扫掠是计算机辅助设计(CAD)中运用非常广泛的一类曲面生成操作，在给定初始曲面和迹线时能自动生成一个变曲率曲面体，在高端装备设计中应用十分广泛。多尺度结构相比于单尺度结构具有轻量化、高承载等优势，且多尺度曲面构件能更好的利用增材制造技术带来的设计柔性，为降低结构重量、优化结构性能带来了更多的可能性。目前，面向多尺度结构中的微结构填充主要以均匀填充为主，且多在立方体单胞中定义规则形状，因而难以吻合地填充到曲面结构件中。因此，传统的多尺度曲面结构设计因边界处结构裁剪、单一微结构填充而损失了一定的结构性能。
[0003]拓扑优化方法是一种在给定的约束条件下优化结构性能的有效方法，在过去几本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据待设计结构的扫掠体设计域确定扫掠面和扫掠迹线，并基于等参面是否随扫掠迹线旋转来确定扫掠体的扫掠类型，同时确定初始扫掠面参数化后的角点位置及索引；(2)基于角点位置及索引将初始扫掠面共形参数化到二维标准域内，并根据参数空间内的坐标线及uv方向上微结构填充数目计算出沿着等参面方向的网格划分；(3)将扫掠迹线根据t方向上微结构的数目进行节点划分，并沿着扫掠迹线将uv方向的网格进行相同的扫掠，结合得到的网格划分得到三维曲面网格；(4)在曲面扫掠体设计域上优化调整三维曲面网格，以构造出三维曲面域到正交六面体域内的双射；(5)在参数域内通过特征线/特征面、符号距离函数定义填充微结构的构型并生成一系列微结构，将微结构性能张量分量通过函数拟合得到体积分数与张量间的连续关系；(6)构建微结构梯度分布的优化列式，并将优化目标和约束函数对微结构体积分数求敏度，通过迭代优化出参数域内微结构体积分数的最优分布；(7)对每个微结构根据其优化后的体积分数计算对应的局部水平集函数，将局部水平集函数组装为全局水平集函数后逆映射到扫掠曲面体设计域内以形成三维曲面域内的多尺度填充曲面构型，进而得到多尺度扫掠曲面结构。2.如权利要求1所述的基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法，其特征在于：微结构梯度分布的优化列式为：min：C＝∫
Ω
ε
T
DεdΩDεdΩDεdΩDεdΩ其中，为各个微结构的体积分数，和为优化设计中微结构体积分数的下限和上限值，是组装的刚度矩阵，U和F是整体结构的位移和受载向量，V和v
i
为设计域整体的体积和每个微结构填充域的体积，且满足体的体积和每个微结构填充域的体积，且满足约束了整体的体积分数。3.如权利要求1所述的基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法，其特征在于：根据曲面扫掠体设计域的最终形状判断扫掠过程中等参面是否随扫掠迹线改变其大小和方向，继而确定扫掠体生成的类型并构建扫掠体生成列式；通过沿着扫掠迹线对扫掠体积分得到扫掠体设计域构型；在初始扫掠面上确定参数化后角点，即扫掠体棱边的位置及其在初始扫掠面上的索引值。4.如权利要求3所述的基于共形参数化的多尺度扫掠曲面结构设计方法，其特征在于：
对于任何一种形式的扫掠体曲面，将等参面与扫掠迹线和初始曲面的关系表示为：其中t表示迹线的变化参数，S(u)表示初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：周颖，李好，高亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：