[发明专利]非均匀类蜂窝结构设计方法

摘要

本发明公开了一种非均匀类蜂窝结构设计方法，用于解决现有非均匀类蜂窝结构设计方法设计效率低的技术问题。技术方案是首先建立类蜂窝胞元的拓扑形式，选取胞元壁厚作为设计变量，采用均匀化理论预测类蜂窝胞元的材料等效性能，建立胞元壁厚与材料弹性常数之间的函数关系。然后在优化过程中引入材料用量约束，以结构整体刚度最大为目标，进行结构优化得到设计结果。该方法能够直接获得各蜂窝胞元的壁厚，避免了采用密度映射函数计算所有拓扑微单元对蜂窝胞元的影响，简化了计算流程，提高了设计效率，最终实现类蜂窝结构的非均匀设计。

主权项

一种非均匀类蜂窝结构设计方法，其特征在于包括以下步骤：(a)给定类蜂窝胞元的拓扑构型，选取胞元壁厚t作为设计变量；通过改变胞元壁厚，得到一系列壁厚不同的类蜂窝胞元；采用均匀化理论分别计算类蜂窝胞元的材料等效性能，建立胞元壁厚t与材料弹性常数之间的函数关系；(b)建立拓扑优化模型，并对模型施加约束和边界载荷；(c)定义拓扑优化的设计域Ω，将设计域Ω离散为n个有限单元；(d)建立优化问题的数学模型；优化目标为结构整体柔顺度函数最小，约束条件为材料使用量小于find T＝(t1,t2,...,tn)minC(T)=Σi=1nUiTKiUi]]>s.t.KU=FV(T)-V‾≤0tmin<ti≤tmax,i=1,...,n]]>式中，Ui为单元位移向量，Ki为单元刚度矩阵，F为载荷向量，U为整体位移向量，K为结构总刚度矩阵，C为结构柔顺度函数，ti是单元i对应类蜂窝胞元的壁厚，tmin和tmax分别指类蜂窝胞元壁厚的最小值和最大值；(e)有限元分析计算结构的整体位移向量U；根据U计算结构柔顺度函数C对于单元i对应类蜂窝胞元壁厚ti的灵敏度；(f)选取梯度优化算法，根据步骤(e)求得的灵敏度对各胞元壁厚进行优化，得到设计结果；根据得到的胞元壁厚信息，进行模型重构，获得最终的非均匀类蜂窝结构。