[发明专利]基于特征驱动的翼面结构拓扑优化方法

权利要求书

1.一种基于特征驱动的翼面结构拓扑优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、建立翼面结构的表面框架蒙皮拓扑优化模型，定义表面框架蒙皮为非设计域，翼面内部为设计域；将翼面结构拓扑优化中的设计域离散为有限单元并作为固定网格；定义作为特征的梁的角度，位置和尺寸为设计变量，并给出初始值；

步骤二、利用水平集方法定义特征边界，通过布尔操作构造梁特征，将多根梁进行组合进行交并操作：

Φ＝Φ₁(x)∪Φ₂(x)∪...∪Φ_n(x) (1)

式中，Φ-翼面加筋特征，n-特征数目，x-有限单元中点位置；设计域内的有限元单元被特征边界分为三类，即完全在特征区域外，完全在特征区域内和与边界相交，利用Heaviside函数对应表达三类有限元单元材料弹性模量数值：

式中，E₀-实体材料弹性模量，Φ-翼面加筋特征，Δ-特征边界范围，α-极小值；对翼面根部固定位置施加固定约束，翼面表面施加压强载荷；

步骤三、翼面加筋布局优化以翼面结构总体应变能最小为目标，约束总的加筋体积及特征参数变量数值，具体满足公式：

式中，J(u,Φ)-结构总应变能，u-位移向量，m-特征变量类型的数目，s-特征设计变量组合即特征数目，布局角度，位置和尺寸变量，J_D(Φ)-结构重力做功，J_Γ(Φ)-表示外力做功，-体积上限，-特征优化变量参数上限，s_i-特征优化变量参数下限；

步骤四、计算翼面结构应变能函数对于梁特征尺寸，位置和角度的灵敏度；

步骤五、根据上述求得的灵敏度进行优化，选取梯度优化算法，优化迭代得到结果。