基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法技术

本申请公开了一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，涉及力学结构设计领域。包括如下步骤：建立面板的有限元仿真模型，设定载荷和约束，对面板进行仿真计算，获得面板的应力云图和形变云图；根据应力云图，采用降维方法设计加强筋的布局方式；扫描加强筋的位置、尺寸和粗细等结构参数并计算面板的形变值，获得面板的形变值为最低时所对应的加强筋结构参数并加以应用；对加强筋进行形貌优化，根据形貌优化结果，完成加强筋的结构设计。本发明专利技术根据抗压箱体面板的力学特性，对加强筋进行降维设计，使得对其进行形貌优化过程具有较少的参数优化空间，极大地降低了计算机辅助设计过程所需的资源，以此降低加强筋设计的实施成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法


[0001]本专利技术涉及力学结构设计
，具体涉及一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法。

技术介绍

[0002]现今，机械结构优化方法和流程已经整合到计算机辅助设计（CAD）软件和有限元计算（FEM）软件中。在设计过程中实施优化算法有助于设计师找到最佳形状，以满足机械要求。其有益效果在于减少了额外的计算量，节省了时间，同时也减少了专业人员的人力资源投入，提升了效率。
[0003]基于计算机辅助设计的形貌优化方法得到了非常广泛的运用，例如在汽车行业中，需要严格考虑安全性和舒适性的要求，来确定最佳车身形状并增加结构强度。因此，将形貌优化方法应用于形状组件，则可以减少零部件的弯曲，从而找到减小汽车车身重量的解决方案，并且可以减少零部件的振动。使用形貌优化的方法还可以改善金属板的力学特性，增加诸如车门等面板的刚度。
[0004]另外，基于计算机辅助设计的形貌优化方法除了用于支撑汽车车身结构元件的面板形貌优化，还可以用于优化各种机器的安装板。优化后，能达到增加刚度的同时减小材料厚度的目的。有研究表明能将1.25毫米厚度的安装板金属基底优化到0.8毫米的厚度，并且还提高了刚度。
[0005]在形貌优化方法中，设计区域可以使用重复的加固几何图案。形貌优化过程和拓扑优化类似，使用形状变量代替密度变量。形貌优化方法适用于多种组件类型，其目标函数确定了依赖于设计变量的函数的最小值，可以是最小重量、最小应力、最大刚度或最小制造成本等。进行形貌优化首先通过专门的CAD软件生成基础的CAD模型，然后对模型几何形状进行有限元网格划分，设置材料属性并建立载荷，最后进行有限元分析。如果有限元计算没有收敛，则返回进行新的有限元分析，直到结构收敛为止，得到最佳设计。
[0006]尽管形貌优化方法应用广泛，有诸多优点，其仍然存在一定缺陷，其缺陷在于：面板加强筋的形貌优化往往依赖于使用计算机进行三维实体模型的有限元分析。由于实际产品的结构、形状和要求具有多样性，以及工作环境往往复杂乃至苛刻，因此形貌优化的设计变量、响应函数和优化目标非常难以确定，而且需要的计算资源十分巨大。更重要的是，由于形貌优化的过程难以把控，因此很难获得理想的设计方案。
[0007]因此，需要提供一种可以准确把控变量、响应函数和优化目标，且计算资源需求低的面板加强筋形貌优化设计方法。
[0008]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，为了解决现有技术中面板加强筋形貌优化设计方法计算资源需求高且参数难以确定的问题，本专利技术提供了一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其包
括如下步骤：步骤S1、获取面板的应力云图和形变云图；步骤S2、根据应力云图，采用降维方法设计加强筋的布局方式；步骤S3、扫描加强筋的结构参数并计算面板的形变值，获得面板的形变值为最低时所对应的加强筋结构参数；步骤S4、对加强筋进行形貌优化。
[0010]较佳地，所述步骤S1中获取面板的应力云图和形变云图的过程包括如下步骤：步骤S11、建立面板的有限元仿真模型；步骤S12、设定载荷和约束；步骤S13、对面板进行有限元仿真计算。
[0011]较佳地，所述步骤S11中建立面板的有限元仿真模型的过程包括如下步骤：步骤S111、根据实际结构参数建立实体模型；步骤S112、根据有限元仿真需求对实体模型进行修改，删除微小的非应力关键结构；步骤S113、对仿真模型进行计算网格剖分。
[0012]较佳地，所述步骤S2中采用降维方法设计加强筋的布局方式的过程包括以下步骤：步骤S21、计算模型的应力云图，根据应力云图设计初步的加强筋分布方式；步骤S22、将具有二维或三维分布特征的加强筋进行降维简化；步骤S23、对具有加强筋的模型再次计算应力云图，根据结果去除对应力影响弱的加强筋，减少加强筋的数量；步骤S24、重复计算应力云图并减少加强筋的数量。
[0013]较佳地，所述步骤S22中将具有二维或三维分布特征的加强筋进行降维简化的过程包括如下步骤：步骤S221、选择具有简单几何体结构的加强筋形状作为低维几何体结构；步骤S222、将二维或三维分布特征变成加强筋的数目；步骤S223、重复步骤S221和步骤S222，直至降到最低维度。
[0014]较佳地，所述步骤S221中简单几何体结构包括圆柱体、长方体、正方体、棱柱体、棱锥体、棱锥体、圆锥体、圆台体和球体。
[0015]较佳地，所述步骤S3包括如下步骤：步骤S31、控制加强筋的质量保持不变，扫描加强筋的结构参数，通过有限元仿真获得面板的形变云图；步骤S32、根据面板的形变云图随每个结构参数的变化规律，找出面板的形变为最低时的结构参数；步骤S33、将所获得的结构参数应用到面板的设计中；步骤S34、重复步骤S31至步骤S33，优化面板的形变值。
[0016]较佳地，所述步骤S4中对加强筋进行形貌优化的过程包括如下步骤：步骤S41、建立加强筋形貌优化的约束条件和载荷；步骤S42、设置结构刚度最大，质量最小为加强筋形貌优化的目标函数；
步骤S43、选取形貌优化算法对加强筋进行形貌优化。
[0017]步骤S44、获得最终的优化加强筋结构布局。
[0018]较佳地，在步骤S43中的形貌优化算法包括移动渐近线优化算法、稀疏非线性优化器和内点优化器。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供的基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，具备以下有益效果：采用降维的方法，可以为形貌优化提供足够的关键信息，能够在较少的计算资源下让有限元分析软件获得准确的形貌优化结果；采用降维形貌优化的方法，减少了设计变量，让有限元分析进行形貌优化的过程能够准确获得响应函数和优化目标，有利于优化方法的执行；基于降维形貌优化的面板加强筋设计，大大地降低面板加强筋的复杂程度，技术人员能够很好地把控有限元计算过程，从而获得理想的设计方案；基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法具有广泛的应用场景，能够面向多样的产品结构和要求，符合各种复杂的工作环境，有利于推广和大规模应用。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例一中的基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法的流程图；图2为步骤S1中获取面板的应力云图和形变云图过程的流程图；图3为步骤S11中建立面板的有限元仿真模型的过程的流程图；图4为步骤S2中采用降维方法设计加强筋的布局方式的过程的流程图；图5为步骤S22中将具有二维或三维分布特征的加强筋进行降维简化的过程的流程图；图6为步骤S3的具体流程图；图7为步骤S4中对加强筋进行形貌优化的过程的流程图；图8为本专利技术实施例一提供的面板结构图；图9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1、获取面板的应力云图和形变云图；步骤S2、根据应力云图，采用降维方法设计加强筋的布局方式；步骤S3、扫描加强筋的结构参数并计算面板的形变值，获得面板的形变值为最低时所对应的加强筋结构参数；步骤S4、对加强筋进行形貌优化。2.如权利要求1所述的一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其特征在于，所述步骤S1中获取面板的应力云图和形变云图的过程包括如下步骤：步骤S11、建立面板的有限元仿真模型；步骤S12、设定载荷和约束；步骤S13、对面板进行有限元仿真计算。3.如权利要求2所述的一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其特征在于，所述步骤S11中建立面板的有限元仿真模型的过程包括如下步骤：步骤S111、根据实际结构参数建立实体模型；步骤S112、根据有限元仿真需求对实体模型进行修改，删除微小的非应力关键结构；步骤S113、对仿真模型进行计算网格剖分。4.如权利要求1所述的一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其特征在于，所述步骤S2中采用降维方法设计加强筋的布局方式的过程包括以下步骤：步骤S21、计算模型的应力云图，根据应力云图设计初步的加强筋分布方式；步骤S22、将具有二维或三维分布特征的加强筋进行降维简化；步骤S23、对具有加强筋的模型再次计算应力云图，根据结果去除对应力影响弱的加强筋，减少加强筋的数量；步骤S24、重复计算应力云图并减少加强筋的数量。5.如权利要求4所述的一种基于降维形貌优化的面板加强筋设计方法，其特征在于，所述步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：江壮贤，郑耀贤，孙帅令，
申请(专利权)人：杭州布雷科电气有限公司，
类型：发明
国别省市：