[发明专利]惯性载荷作用下结构构型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构构型设计方法，特别涉及惯性载荷作用下结构构型设计方法。 

背景技术

惯性载荷是在加速度作用下产生的与结构质量直接相关的一种体积载荷，因此惯性载荷与材料的有无直接相关。根据加速度的形式不同，可分为线性加速度产生的惯性过载(包括结构自重)和旋转角速度作用下产生的离心力两种。惯性载荷作用下的结构优化设计具有重要的理论和应用价值。 

惯性载荷作用下的结构构型优化设计主要有两种主要方式：数学规划法和渐进结构优化方法。数学规划法中如果材料插值模型采用常用的SIMP(Solid Isotropic Material withPenalization)模型，优化设计结果结构边界不清晰。 

文献1“Bruyneel，M.and Duysinx，P.Note on topology optimization of continuum structuresincluding self-weight.Structural and Multidisciplinary Optimization.2005.29：245-256.”对SIMP模型进行了改进获得了清晰的设计结果。 

参照图6、图7。数学规划法和渐进结构优化方法两类方法得到的构型设计结果具有明显差异。例如对纯自重作用两端固支梁，数学规划法的结果为典型的拱形结构，而渐进结构优化方法的结果由支撑点上方两根立柱以及连接立柱的细横梁构成。 

文献2“Ansola，R.，Canales，J.and Tárrago，A.J.An efficient sensitivity computation strategyfor the evolutionary structural optimization(ESO)of continuum structures subjected to self-weightloads.Finite Elements in Analysis and Design.2006.42：1220-1230.”中，每一有限元单元的材料密度ρ_i和杨氏模量E_i，计算式分别为 

ρ_i＝x_iρ₀

E_i＝x_iE₀

其中x_i为拓扑设计变量，i表示单元编号，ρ₀和E₀分别为实体材料密度和杨氏模量；同时将结构整体柔顺度的灵敏度计算式改为 

∂C∂xi=1xi(2vv0FituiT-Senei)]]>

其中v和v₀分别为当前实体材料体积和设计空间体积，Sene_i为单元弹性应变能，F_i^t和u_i分别为惯性载荷产生的单元节点力矢量和单元节点位移矢量。这一结构构型设计方法在灵敏 度计算式中人为增加 项，强制修改灵敏度使渐进结构优化方法得到与数学规划法类似的拱形结构，虽然设计结果刚度有一定的提高，但处理方式缺乏理论基础。 

发明内容