【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于等几何拓扑优化领域，更具体地，涉及一种基于beso的弹塑性等几何拓扑优化方法。
技术介绍
1、随着计算机技术的发展，拓扑优化作为实现创新设计的强大工具被广泛使用。作为拓扑优化方法的一种，双向进化结构优化(bi-directional evolutionary structuraloptimization，beso)方法是一种用于寻找结构中的最佳材料分布的算法。它的目标是在给定的空间中找到材料的最佳分布，以满足一组性能和约束条件，同时通过二进制材料分布来最小化材料的使用。
2、等几何分析(isogeometric analysis，iga)不同于传统的有限元分析(finiteelement analysis，fea)，其直接将非均匀有理b样条(non-uniform rational b-spline，nurbs)作为几何表示来分析，省去了耗时的转化过程，避免了转化过程中引入的误差，实现了计算机辅助设计(computer aided design，cad)和计算机辅助工程(computer aidedengineering，cae)的无缝衔接。
3、iga的出现大大提高了数值模拟和设计过程的效率和准确性，因此基于beso的等几何拓扑优化方法也得到了广泛的发展。尽管如此，上述方法大多数是围绕线弹性假设展开的，然而在实际工程中存在大量的材料非线性问题，比较常见的非线性材料为弹塑性材料。当弹塑性材料受力变形到内部应力超过比例极限时，其应力—应变曲线将呈现非线性关系，随着应力水平的进一步提升，当应力超
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于beso的弹塑性等几何拓扑优化方法，由此解决现有等几何拓扑优化方法专注于结构的刚性和静态加载条件，而没有充分考虑到弹性和塑性行为的差异，造成最终的优化结果与实际状况严重不符的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于beso的弹塑性等几何拓扑优化方法，包括：
3、s1，将待优化结构进行等几何网格化划分得到多个网格单元，以各单元控制点的密度为设计变量，构建所述待优化结构的优化模型；
4、s2，确定本次迭代得到的待优化结构的目标体积；
5、s3，向所述待优化结构施加载荷，对各单元进行弹塑性等几何分析以获取各单元的刚度矩阵和等效内力，并根据kδu＝r计算各单元控制点的位移增量δu；判断||r||∞是否小于阈值，若是则进入s5，否则将δu一一对应累加至各单元控制点的位移，再次对各单元进行弹塑性等几何分析以更新各单元的刚度矩阵和等效内力，再次计算各单元控制点的位移增量δu，直至||r||∞小于阈值，将此时的位移增量叠加至各单元控制点的位移；
6、s4，判断各单元控制点的位移是否达到规定位移，若是，则根据当前所有单元控制点的灵敏度场及对应的体积约束值选择一个密度阈值来对当前的灵敏度场进行截取以更新设计变量，进而更新结构拓扑构型；若否，则返回s3；
7、s5，判断当前结构拓扑构型的体积是否达到目标体积且所述优化模型对应的目标函数是否收敛，若是，则拓扑优化结束，得到最优的结构拓扑构型；若否，则返回s2。
8、按照本专利技术的第二方面，提供了一种基于beso的弹塑性等几何拓扑优化系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
9、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
10、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的方法。
11、按照本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如第一方面所述的方法。
12、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
13、基于beso拓扑优化方法的框架，利用各向同性硬化模型和相关的流动准则来进行弹塑性建模，通过应力预测校正方案和增量方程等对设计模型进行弹塑性等几何分析以获得结构响应，以此来进行弹塑性结构的优化设计。设计基于beso的弹塑性等几何拓扑优化方法，对材料非线性等几何拓扑优化具有重大意义。
14、1、本专利技术提供的方法，通过弹塑性建模，考虑了材料的各向同性硬化，并将材料的应力等效为von mises应力，允许结构在受到外部加载时发生弹性和塑性变形。这使得优化过程更贴近实际工程需求，确保结构在承受复杂加载条件下具有足够的强度和稳定性；采用等几何分析技术，能够更精准的得出模型的结构响应；综合考虑了弹塑性响应，并在拓扑优化中进行了相应的调整，使结构的拓扑布局将根据材料的弹塑性性质进行调整，以确保最佳性能；将beso优化方法、等几何分析与弹塑性材料紧密结合，弥补了之前关于弹塑性等几何拓扑优化的方法空缺，在优化中可以考虑材料的塑性行为。该方法对于各种工程应用，尤其是在要求高度可塑性和强度的领域，具有广泛的应用潜力。
15、2、本专利技术提供的方法，采用的灵敏度数值处理方式：采用两种过滤器对灵敏度进行平滑处理，避免了网格依赖性和拓扑结构棋盘格现象的发生，通过平均处理使得每一步的灵敏度信息均包含之前迭代的所有信息，提高了结果的稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于BESO的弹塑性等几何拓扑优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待优化结构的优化模型的数学表达式为：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待优化结构的目标体积为：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述对各单元进行弹塑性等几何分析以获取各单元的刚度矩阵及各单元控制点处的等效内力，包括：
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述各单元控制点处的等效内力为：
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所有单元控制点的灵敏度场的获取方式为：
7.一种基于BESO的弹塑性等几何拓扑优化系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如权利要求1-6任一项所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于beso的弹塑性等几何拓扑优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待优化结构的优化模型的数学表达式为：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待优化结构的目标体积为：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述对各单元进行弹塑性等几何分析以获取各单元的刚度矩阵及各单元控制点处的等效内力，包括：
5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏兆辉，范洪硕，刘健力，张昊博，高百川，聂涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。