【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通，尤其涉及一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法及系统。
技术介绍
1、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。
2、目前在复合材料结构优化设计过程中，通常采用整体模型或子模型法，虽然采用整体模型进行结构优化设计可以保证计算结果的准确性，但若模型规模较大，计算时间将会较长，降低结构设计效率；采用子模型法虽然可以对部分结构进行优化设计，但其在切割边界以及应力集中区域的计算结果准确度较低，通常为了保证设计区域计算结果的准确性，在切割子模型时需要扩大切割区域或避开应力集中区域，这导致子模型中含有较多无用结构，影响结构设计效率。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法及系统，本专利技术将非典型结构凝聚成超单元，在计算时通过调用缩减矩阵来保证计算精度，在保证较高准确性的同时可以节省计算的成本，提高产品设计的效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面提供一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法。
4、一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，包括：
5、建立复合材料结构的原始有限元模型；
6、根据设计标准设置主要边界条件和载荷工况；
7、根据优化设计要求，结合主要边界条件，将复合材料结构划分为典型结构区域和非典型结构区域；
8、通过在典型结构区域和非典型结构区域交界处建立分界点集合，指定典型结构区域的边界自由度；
9、删除典型结构区域网络及载荷，基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算，得到缩减矩阵；
10、将原始有限元模型中非典型结构区域的网格及载荷，替换为缩减阵列，得到有限元模型；
11、对有限元模型进行优化分析。
12、进一步地，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程包括：在载荷工况下，计算典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度。
13、更进一步地，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程还包括：基于典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度，确定与所述刚度阵列的关系。
14、更进一步地，所述与所述刚度阵列的关系为：
15、
16、式中，下标i、j分别为典型结构和典型结构与非典型结构连接的边界自由度的节点号集合，kii、kij、kji、kjj为刚度阵列中的刚度系数，ui为不与非典型结构连接的典型结构的内部自由度，uj为典型结构与非典型结构连接的边界自由度，fi为所对应受到的外力作用，fj为所对应受到的外力作用。
17、更进一步地，根据所述与所述刚度阵列的关系，进行化简处理，得到：
18、
19、式中，为静态缩减时典型结构的刚度阵列，为静态缩减时典型结构的外载荷，
20、更进一步地，所述缩减阵列为：
21、进一步地，所述对有限元模型进行优化分析的过程包括：
22、分别建立有限元模型的体积响应和柔度响应，设置目标函数为优化有限元模型的柔度最小，约束优化后设计区域体积不超过初始设计区域的50％，进行结构拓扑优化分析。
23、本专利技术的第二个方面提供一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化系统。
24、一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化系统，包括：
25、模型建立模块，其被配置为：建立复合材料结构的原始有限元模型；
26、条件设置模块，其被配置为：根据设计标准设置主要边界条件和载荷工况；
27、划分模块，其被配置为：根据优化设计要求，结合主要边界条件，将复合材料结构划分为典型结构区域和非典型结构区域；
28、集合建立模块，其被配置为：通过在典型结构区域和非典型结构区域交界处建立分界点集合，指定典型结构区域的边界自由度；
29、缩减处理模块，其被配置为：删除典型结构区域网络及载荷，基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算，得到缩减矩阵；
30、替换模块，其被配置为：将原始有限元模型中非典型结构区域的网格及载荷，替换为缩减阵列，得到有限元模型；
31、优化模块，其被配置为：对有限元模型进行优化分析。
32、本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法中的步骤。
34、本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备。
35、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法中的步骤。
36、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
37、本专利技术通过将非典型结构(非设计区域)进行静态缩减，在典型(设计)与非典型结构分界区域生成自由度集合，解决了对复合材料结构优化设计计算量大、耗时长等问题；本专利技术可以保证典型结构与整体结构的静力学计算结果保持一致，同时可以快速对典型结构(设计区域)进行多次、多种类的优化设计，在保证较高准确性的同时可以节省计算的成本，提高产品设计的效率。
38、本专利技术采用静态缩减法，将非典型结构(非设计区域)进行自由度凝聚，在优化设计参数相同的情况下，仅对典型结构(设计区域)进行优化设计与采用整体结构进行优化计算相比，时间可减少92％，大幅提高计算效率，降低结构设计周期；
39、区别于子模型法，本专利技术采用静态缩减法对典型(设计)与非典型(非设计)结构分界点自由度凝聚得到dmig阵列，在进行结构优化计算时通过调用dmig中的阵列信息，保证结构计算结果的准确性，与整体结构的静力学计算结果保持一致。
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1.一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程包括：在载荷工况下，计算典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度。
3.根据权利要求2所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程还包括：基于典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度，确定与所述刚度阵列的关系。
4.根据权利要求3所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述与所述刚度阵列的关系为：
5.根据权利要求3所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，根据所述与所述刚度阵列的关系，进行化简处理，得到：
6.根据权利要求5所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述缩减阵列为：
<...【技术特征摘要】
1.一种基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程包括：在载荷工况下，计算典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度。
3.根据权利要求2所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述基于所述边界自由度和载荷工况，对典型结构区域分界点集合中的每个节点的刚度阵列进行静态计算的过程还包括：基于典型结构区域分界点集合中的每个节点的节点力和自由度，确定与所述刚度阵列的关系。
4.根据权利要求3所述的基于静态缩减法的复合材料结构快速优化方法，其特征在于，所述与所述刚度阵列的关系为：
5.根据权利要求3所述的基于静态缩减法的复合材料结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：何佳捷，李慧颖，赵英男，侯帅昌，石扬，
申请(专利权)人：中车成型科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：
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