多弧段曲线形状优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种多弧段曲线形状优化设计方法，用于解决现有多弧段曲线形状优化设计方法设计周期长的技术问题。技术方案是首先选取控制点的坐标作为优化设计变量，由控制点得到一条自由曲线，再将这条自由曲线离散后进行多圆弧的逼近，最后以多圆弧段作为形状边界进行有限元的建模、分析以及灵敏度求解，并由求得的灵敏度信息进行优化迭代，更新初始的控制点坐标，直至收敛到最终的设计结果。这种方法既实现了多圆弧曲线的形状优化设计，同时缩短了优化迭代的时间，提高了多圆弧曲线优化设计的效率。迭代次数由背景技术的100步左右收敛减少到50步收敛。形状最大应力由背景技术的155.61MPa降低到143.52MPa。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种多弧段曲线形状优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、定义二维自由曲线的控制点，将二维自由曲线用参数化表示：B(ξ)=Σi=1mBi(ξ)Pi---(1)其中，Pi是第i个自由曲线的控制点，Bi(ξ)是以ξ为自然坐标的插值函数，m是控制点的个数；步骤二、将自由曲线离散为一系列单独的点，离散后各点的坐标为已知；步骤三、将步骤二中的离散点按照比例等分，每组点采用一条双圆弧拟合，则步骤一中的二维自由曲线就由一系列相切的双圆弧近似表示；平面双圆弧的p阶二维自由曲线表示形式为：C(u)=Σi=04Ni,p(u)ωiBiΣi=04Ni,p(u)ωi,0≤u≤1---(2)其中，Ni,p(u)是由节点矢量U＝{u0,…,uk+4}决定的p阶B样条基函数，ωi是相应控制点Bi的权因子；控制顶点Bi，权值ωi(i＝0,1,…,4)和节点矢量U；步骤四、采用逼近得到的多圆弧的圆弧端点坐标和圆心半径构造多圆弧样条，再以多圆弧样条为形状边界，构造形状优化的有限元模型；步骤五、定义优化模型的设计变量，并对模型施加约束和边界载荷；find?X＝(x1,x2,…,xn)min?Φ(X)（3）s.t.KU＝FGj(X)-G‾j≤0,j=1,...,J其中，X为设计域上的形状变量向量；n为设计变量个数；Φ(X)为多弧段形状优化的目标函数；K为有限元模型总体刚度矩阵；F为节点等效载荷向量；U为节点整体位移向量；Gj(X)为第j个约束函数；为第j个约束函数的上限；J为约束的数量；步骤六、用有限元软件Ansys将模型进行一次有限元分析；再通过结构优化平台Boss?Quattro进行优化灵敏度分析，求得目标函数和约束条件的灵敏度，选取梯度优化算法GCMMA进行优化设计，得到优化结果。FDA00003270927100014.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟亮，张卫红，谷小军，牛草，朱继宏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：