一种基于多工况热力耦合拓扑优化的热薄壁结构加筋布局设计方法技术

一种基于多工况热力耦合拓扑优化的热薄壁结构加筋布局设计方法，属于热薄壁结构的加筋优化技术领域。首先，进行热薄壁结构的有限元建模，包括初始几何模型、补充可加筋区域层。然后，建立可加筋区域层单元的弹性模量与设计变量间的数学表达，计算存储Helmholtz型各向异性过滤矩阵。随后，建立多工况热力耦合拓扑优化加筋设计模型，更新热薄壁结构在优化中的等效温度载荷，进行多工况热力耦合平衡方程求解，得到力学性能响应并以此进行灵敏度分析。最后，设计阈值，对优化结束后低于阈值的单元进行删除，保留高于阈值的单元，获得热薄壁结构的加筋创新构型。本发明专利技术可以处理温度与多工况载荷同时施加的加筋布局设计问题，有望成为热薄壁结构的加筋优化技术领域最具潜力的方法之一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热薄壁结构的加筋优化，涉及一种基于多工况热力耦合拓扑优化的薄壁结构加筋布局设计方法。

技术介绍

1、跨域高速飞行器中的热薄壁结构由于其结构热刚度、热强度与热稳定性等力学性能较差，在实际应用中通常优先采用拓扑优化技术设计加劲肋来进行补强，例如油舱、翼舵、封头、异形气动外形表面壁板等承力结构上的补强筋条。因此通过优化热薄壁结构的筋条布局，获得最优配置的加筋布局设计，是跨域高速飞行器装备承载最大化、轻量化设计的重要途经之一。

2、近年来，随着增材制造等先进机械加工工艺的发展，生产制造基于拓扑优化方法的创新构型设计逐渐增多。其中拓扑优化方法是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种，在产品设计的概念设计阶段，可以突破传统设计的局限，获得特定力学需求下的创新构型形式，但针对冷薄壁结构的拓扑优化方法存在热力环境适应性差、构型物理意义不明确等问题，特别是在涉及多个极端工况的热力环境下，很难获得满足设计要求的加筋路径。

3、为了充分发掘设计空间，获得满足增材制造等制造工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于多工况热力耦合拓扑优化的热薄壁结构加筋布局设计方法，其特征在于，所述的设计方法包能够同时考虑多种极端工况和温度，利用Helmholtz型各向异性过滤方法构造加筋特征，并以此进行加筋的布局设计；首先，进行热薄壁结构的有限元建模，包括初始的几何模型、补充的可加筋区域层；然后，基于变密度法插值模型建立可加筋区域层单元的弹性模量与设计变量间的数学表达，并计算存储Helmholtz型各向异性过滤矩阵；随后，建立多工况热力耦合拓扑优化加筋设计模型，更新热薄壁结构在优化中的等效温度载荷，进行多工况热力耦合平衡方程求解，得到力学性能响应并以此进行灵敏度分析；最后，基于灵敏度信息与梯度优化算法...

【技术特征摘要】

1.一种基于多工况热力耦合拓扑优化的热薄壁结构加筋布局设计方法，其特征在于，所述的设计方法包能够同时考虑多种极端工况和温度，利用helmholtz型各向异性过滤方法构造加筋特征，并以此进行加筋的布局设计；首先，进行热薄壁结构的有限元建模，包括初始的几何模型、补充的可加筋区域层；然后，基于变密度法插值模型建立可加筋区域层单元的弹性模量与设计变量间的数学表达，并计算存储helmholtz型各向异性过滤矩阵；随后，建立多工况热力耦合拓扑优化加筋设计模型，更新热薄壁结构在优化中的等效温度载荷，进行多工况热力耦合平衡方程求解，得到力学性能响应并以此进行灵敏度分析；最后，基于灵敏度信息与梯度优化算法对可加筋区...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝鹏，薛实力，霍泽凯，马祥涛，易斯男，冯少军，王博，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：