[发明专利]一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法

权利要求书

1.一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型；

基于约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型，采用8节点实体单元建立阻尼层的代表体元的有限元模型；

基于阻尼层的代表体元的有限元模型，采用考虑刚体边约束的代表体元法，计算阻尼层的代表体元的等效密度和等效本构矩阵；

基于阻尼层的微观结构的等效密度和等效本构矩阵，建立约束阻尼结构的宏观有限元模型；

对建立约束阻尼结构的宏观有限元模型进行模态分析，计算出优化目标的微观灵敏度和宏观灵敏度；

根据优化目标的微观灵敏度和宏观灵敏度，采用优化准则法，迭代更新约束阻尼结构的微观和宏观设计变量值；

根据迭代更新约束阻尼结构的微观和宏观设计变量值，进行阻尼层的代表体元的有限元模型的变量修正，和约束阻尼结构的宏观有限元模型的变量修正，得到约束阻尼结构微观和宏观的拓扑优化构型。

2.如权利要求1所述的一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，还包括：

采集约束阻尼结构的材料数据和结构数据；

基于约束阻尼结构的材料数据和结构数据，以约束阻尼结构宏观结构模态损耗因子最大化为优化目标，构建约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型。

3.如权利要求1所述的一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，还包括：

对优化目标的微观灵敏度和宏观灵敏度进行滤波。

4.如权利要求1所述的一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，所述构建约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型的步骤，包括：

以约束阻尼结构宏观结构模态损耗因子倒数最小化为优化目标；

微观层面上，以阻尼结构阻尼层的三维单胞的体积分数为约束条件；

宏观层面上，以阻尼结构宏观的约束层和阻尼层材料的体积分数为约束条件；

微观层面上阻尼层的三维单胞的单元密度值和宏观层面上约束阻尼单元密度值为设计变量；

构建约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型。

5.如权利要求4所述的一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，所述约束阻尼结构的材料结构一体化优化模型，包括：

其中，X为设计变量，其包含宏观设计变量和微观设计变量为宏观上约束阻尼单元密度值，包含约束材料和阻尼材料；为微观上阻尼层的三维单胞的单元密度值；f为优化目标函数；α_r为加权系数；η_r为r阶模态损耗因子；和分别为宏观和微观体积分数；V^MA和V^ME分别为设计变量都为1时，宏观上约束阻尼材料体积和微观上阻尼层的三维单胞的体积；V_i和V_j分别为宏观单元i的体积和微观单元j的体积；和为设计变量密度值的最小值，取值都为0.0001；Nm和n分别为宏观结构的单元总数和阻尼层的三维单胞的单元总数。

6.如权利要求1所述的一种约束阻尼结构的材料结构一体化优化方法，其特征在于，所述基于阻尼层的代表体元的有限元模型，采用考虑刚体边约束的代表体元法，计算阻尼层的代表体元的等效密度和等效本构矩阵，其中，所述阻尼层为粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的等效本构矩阵关于微观设计变量的灵敏度为：

其中，D^H为等效本构矩阵，为等效本构矩阵D^H的组元；

式中，为第i个工况的第j单元的位移向量，b为阻尼层的三维单胞的有限元模型的应变矩阵，为第i个工况的预施加应变，V_RVE为阻尼层的三维单胞的体积，D^v为粘弹性阻尼材料的本构矩阵，为单元j的本构矩阵，其采用SIMP插值模型对阻尼材料的本构矩阵插值得到，其表达式为：其中，D^v0为阻尼材料的本构矩阵，p为惩罚因子，其值为3。