【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种结构构型设计方法，特别是。
技术介绍
工程设计中，由多种不同性能和特性的材料共同构成的结构十分常见，即多相材 料结构。与只考虑单一类型材料的传统设计方法相比，多相材料结构优化设计能够更好的 满足材料与结构的轻质、多功能综合性能要求，最大限度地挖掘设计潜力，具有重要的理论 和应用价值。现有的，材料用量一般均为限制各相材料的体积。然 而，在工程实践中，设计约束通常并不是单相材料的体积而是结构的总质量。对于仅考虑单 相实体材料的结构构型优化设计问题，体积约束与质量约束是完全等效的，而对于多相实 体材料问题二者则完全不同。现有多相材料结构构型优化设计方法主要采用两种设计模型，均采用材料体积作 为设计约束。文献 1 Bends0e MP, Sigmund 0. Material interpolation schemes in topologyoptimization. Archive of Applied Mechanics. 1999. 69 :635_654” 公开了 一种多相材料结构构型优化设计方法，该方法采用递归构造方式对单相实体材料的 SIMP(Solidlsotropic Material with Penalization)模型进行了扩展，建立了递归多相 材料插值模型(RMMI-Recursive Multiphase Materials Interpolation)并将这一模型应 用于多相材料结构构型优化设计。该文献中对材料用量的限制采用体积约束，这种设计方 法无法满足实际工程需求。文献 2 Stegmann J, Lund ...
【技术保护点】
一种多相材料结构构型设计方法，其特征在于包括以下步骤：（ａ）建立设计空间有限元模型和拓扑设计变量ｘ↓［ｉｊ］初始值，ｉ表示单元编号，ｊ表示第ｊ相实体材料；给定第ｊ相实体材料密度和杨氏模量分别为ρ↑［（ｊ）］和Ｅ↑［（ｊ）］；给定灵敏度过滤半径ｒ↓［Ｆ］；给定质量约束上限＊；（ｂ）根据设计变量值，采用以下公式分别计算每一有限元单元的材料密度ρ↓［ｉ］和杨氏模量Ｅ↓［ｉ］ρ↓［ｉ］＝＊ｘ↓［ｉｊ］ρ↑［（ｊ）］Ｅ↓［ｉ］＝＊ｗ↓［ｉｊ］Ｅ↑［（ｊ）］式中，ｍ是实体材料相数目；ｐ是给定的惩罚系数；ｗ↓［ｉｊ］＝ｘ↓［ｉｊ］↑［ｐ］＊（１－ｘ↓［ｉξ］↑［ｐ］）；（ｃ）从有限元分析结果中提取每一单元的弹性应变能Ｓｅｎｅ↓［ｉ］，计算结构整体柔顺度Ｃ及其对每一设计变量的灵敏度＊Ｃ／＊ｘ↓［ｉｊ］，计算式分别为Ｃ＝＊Ｓｅｎｅ↓［ｉ］＊＊＊读取单元体积Ｖ↓［ｉ］，计算结构整体质量Ｍ及其对每一设计变量的灵敏度＊Ｍ／＊ｘ↓［ｉｊ］，计算式如下Ｍ＝＊ρ↓［ｉ］Ｖ↓［ｉ］＊Ｍ／＊ｘ↓［ｉｊ］＝ρ↑［（ｊ）］Ｖ↓［ｉ］式中，ｎ为结构有限元单元数目；（ｄ）对任意单元ｉ，以单元ｉ的质心为圆心，半径为ｒ↓［Ｆ］的圆...
【技术特征摘要】
一种多相材料结构构型设计方法，其特征在于包括以下步骤(a)建立设计空间有限元模型和拓扑设计变量xij初始值，i表示单元编号，j表示第j相实体材料；给定第j相实体材料密度和杨氏模量分别为ρ(j)和E(j)；给定灵敏度过滤半径rF；给定质量约束上限(b)根据设计变量值，采用以下公式分别计算每一有限元单元的材料密度ρi和杨氏模量Ei <mrow><msub> <mi>ρ</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>x</mi> <mi>ij</mi></msub><msup> <mi>ρ</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo> </mrow></msup> </mrow> <mrow><msub> <mi>E</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>w</mi> <mi>ij</mi></msub><msup> <mi>E</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo> </mrow></msup> </mrow>式中，m是实体材料相数目；p是给定的惩罚系数；(c)从有限元分析结果中提取每一单元的弹性应变能Senei，计算结构整体柔顺度C及其对每一设计变量的灵敏度计算式分别为 <mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>i</mi></munder><msub> <mi>Sene</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow> <mrow><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><mi>C</mi> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>x</mi> <mi>ij</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>px</mi> <mi>ij</mi> <mrow><mi>p</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msubsup><mo>·</mo><munderover> <munder><mi>Π</mi><mrow> <mi>η</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow> </munder> <mrow><mi>η</mi><mo>≠</mo><mi>j</mi> </mrow> <mi>m</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msubsup><mi>x</mi><mi>iη</mi><mi>p</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup> <mi>E</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo> </mrow></msup><mo>-</mo><munderover> <munder><mi>Σ</mi><mrow> <mi>ξ</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow> </munder> <mrow><mi>ξ</mi><mo>≠</mo><mi>j</mi> </mrow> <mi>m</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>px</mi><mi>ij</mi><mrow> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msubsup> <mo>·</mo> <msubsup><mi>x</mi><mi>iξ</mi><mi>p</mi> </msubsup> <mo>·</mo> <munderover><munder> <mi>Π</mi> <mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow></munder><mrow> <mi>η</mi> <mo>≠</mo> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>η</mi> <mo>≠</mo> <mi>ξ</mi></mrow><mi>m</mi> </munderover> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup> <mi>x</mi> <mi>iη</mi> <...
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