[发明专利]一种折纸结构的优化设计及制造方法

权利要求书

1.一种折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用有限元软件建立折纸结构模型；

S2、利用有限元软件所述折纸结构模型建立拓扑优化数学模型；

S3、对所述拓扑优化数学模型进行求解得到所述折纸结构的最佳结构材料分布；

S4、根据所述折纸结构的最佳结构材料分布，在三维软件中建立优化后的所述折纸结构的三维图，并将优化后的所述折纸结构的三维图展开成二维图；

S5、根据展开的优化后的所述折纸结构的二维图，将薄板制造出优化后的所述折纸结构。

2.如权利要求1所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述折纸结构模型的建立包括所述有限元软件对所述折纸结构材料属性的设定，所述折纸结构的材料属性包括所述折纸结构的弹性模量和泊松比。

3.如权利要求2所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述折纸结构模型的建立还包括所述有限元软件对所述折纸结构的有限元网格划分，所述有限元网格划分包括施加在所述折纸结构的边界条件和外载力。

4.如权利要求1所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述步骤S3中利用如下公式建立拓扑优化数学模型：

Minimize:f(ρ)

Subjectto:gi(ρ)≤0,i＝1,...,m

hj(ρ)＝0,j＝1,...,t

ρ＝[ρ1,...,ρe,...,ρN]T

0<ρmin≤ρe≤1

其中：f(ρ)表示目标函数，gi(ρ)和hj(ρ)分别表示不等式约束和等式约束，m和t分别表示不等式约束和等式约束的个数，ρe为设计变量，ρe的取值从0.001到1，N表示设计域单元的个数。

5.如权利要求4所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述目标函数f(ρ)包括所述折纸结构的质量目标函数、频率目标函数或刚度目标函数。

6.如权利要求4所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述不等式约束gi(ρ)包括所述折纸结构的位移约束、刚度约束、频率约束或可靠度约束；

所述等式约束hj(ρ)为所述折纸结构在所述有限元软件分析中的静态方程。

7.如权利要求1所述的折纸结构的优化设计及制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过各向同性固体惩罚法和最优判定准则法对所述拓扑优化数学模型进行求解，得到所述折纸结构的最佳结构材料分布。