[发明专利]基于多点位移协调约束的多组件结构系统布局优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于多点位移协调约束的多组件结构系统布局优化设计方法，用于解决现有多组件结构系统布局优化设计方法实用性差的技术问题。技术方案是通过结构的CAD模型建立有限元模型，将多组件结构有限元模型划分为结构网格、背景网格和组件网格三部分，定义载荷和边界条件；将组件和设计域边界划分包络圆，建立约束方程；对多组件结构系统布局进行优化设计；通过优化灵敏度分析，求得目标函数和约束条件的灵敏度，采用梯度优化算法进行优化设计，得到优化结果。由于采用辅助单元法来控制多点位移协调，辅助单元与组件的各个需要控制的节点相连，通过约束辅助单元的整体柔顺度来达到控制各节点间相对位移的目的，实用性强。

主权项

1.一种基于多点位移协调约束的多组件结构系统布局优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、通过结构的CAD模型建立有限元模型，将多组件结构有限元模型划分为结构网格、背景网格和组件网格三部分，定义载荷和边界条件；步骤二、将组件和设计域边界划分包络圆，建立约束方程：其中，n是组件数目；N_i为用来近似第i个组件的包络圆数目；O_{i_k}、R_{i_k}分别为第i个组件的第k个包络圆的圆心和半径；M为近似设计区域的包络圆的数目；O_ζ、R_ζ分别为用来近似设计区域的第τ个大包络圆的圆心和半径；步骤三、进行多组件结构系统布局优化设计：find  η＝(η₁,η₂,...,η_enum);S＝(s₁,s₂,...s_n),其中s_i＝(x_i,y_i,θ_i)min  φ(η,S)s.t.  KU＝F               (2)Gj=(η,S)≤Gj‾,j=1,2,...,J]]>CC_m≤ε_m,m＝1,2,...,m其中，η为设计域上的单元伪密度向量；enum为设计域网格数目；S为组件的位置设计变量，其中s_i＝(x_i,y_i,θ_i)分别代表第i个组件质心的x坐标、y坐标和方向坐标；n为组件数目；φ(η,S)为拓扑优化问题的目标函数；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；G_j(η,S)为第j个约束函数；为第j个约束函数的上限；J为约束的数目；CC_m为第m个组件上的辅助单元的应变能；ε_m为第m个组件上的辅助单元柔顺度的上限，为极小的正数；m为需要施加多位移约束的组件的个数；步骤四、将模型进行一次有限元分析；通过优化灵敏度分析，求得目标函数和约束条件的灵敏度，采用梯度优化算法进行优化设计，得到优化结果。