[发明专利]惯性载荷作用下结构构型设计方法

权利要求书

1.一种惯性载荷作用下结构构型设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)建立设计空间有限元模型和拓扑设计变量初始值x_i，其中i表示单元编号；给定设计变量初始值为 给定实体材料密度和杨氏模量分别为ρ₀和E₀；给定惯性过载a或匀速旋转角速度ω；给定灵敏度过滤半径r^F；采用渐进结构优化方法时，给定每次迭代最大去除和增加单元体积上限RR和GR，前者大于后者；

(b)根据当前设计变量值，分别采用线性和RAMP材料插值模型计算每一有限元单元的材料密度ρ_i和杨氏模量E_i，更新结构有限元模型中的相应材料属性并进行结构有限元分析；计算式分别为

ρ_i＝x_iρ₀

式中，R为给定参数，取值范围为[2，100]；

(c)从有限元分析结果中提取每一单元的弹性应变能Sene_i、惯性载荷产生的单元节点力矢量 和单元节点位移矢量u_i，计算结构整体柔顺度C及其对每一设计变量的灵敏度S_i，计算式分别为

(d)对任意单元i，以单元i的质心为圆心，半径为 的圆作为单元i的过滤区域；所有质心位于该区域内的单元均参与单元i的灵敏度过滤；采用数学规划法时过滤操作后的灵敏度 计算式为

采用渐进结构优化方法时过滤操作后的灵敏度 计算式为

这里H_i，j计算式为 

H_i，j＝r^F-d_i，j

d_i，j为单元i和j质心之间的距离；

(e)采用数学规划法时，根据当前设计变量值和灵敏度值，采用任意一种数学规划法对优化问题进行求解得到新的设计变量值；采用渐进结构优化方法时，将当前灵敏度值按照数值大小排序；在设计变量x_i＝1的单元中从灵敏度数值最大的单元开始，依次选择总体积不超过RR·v₀的单元令相应设计变量x_i＝0；在设计变量x_i＝0的单元中从灵敏度数值最小的单元开始，依次选择总体积不超过GR·v₀的单元令相应设计变量x_i＝1；

(f)重复步骤(b)至步骤(e)，采用数学规划法时，直至最近两次迭代计算得到结构整体柔顺度相对误差小于1％或达到预设的最大迭代次数；采用渐进结构优化方法时，直至当前vf与给定                                                  的相对误差小于1％。