[发明专利]一种大载荷、高应力、多路径传载结构的优化方法

权利要求书

1.一种大载荷、高应力、多路径传载结构的优化方法，其特征在于，包括：

根据多路径传载结构的已知设计空间，建立其有限元模型；

对该有限元模型进行变密度法的拓扑优化，得到拓扑优化最佳传力路线及最佳传力模型；其中，以结构能量最小化为目标函数，以第一结构体积比、集中载荷施加点的变形作为约束条件，以结构对称平面作为几何约束限制，冻结边界施加区域；

基于最佳传力模型，以结构重量最小化为目标函数，以第二结构体积比、集中载荷施加点的变形作为约束条件，并考虑加工工艺设置最大/最小原件尺寸限制，以结构对称平面作为几何约束限制，进行多路径传载的尺寸优化，得到多路径传载结构的尺寸优化参数；

得到多路径传载结构的尺寸优化参数之后，所述方法还包括：

根据多路径传构的载结尺寸优化参数，设计多路径传载结构的具体结构；

根据具体结构，建立静态求解有限元模型，并静力求解，得到结构应力应变分布图；

基于结构应力应变分布图，对具体结构进行缘条稳定性、支柱刚度验证；

若某个结构不满足任一验证条件，则对该结构根据该验证条件进行局部修正；最终修正的参数和无需修正的参数作为多路径传载结构的最佳结构参数；

缘条稳定性约束：

式中，E、μ_e为材料的弹性模量、泊松比；b、δ为加载边的宽度、加载边的宽度，K_c为压缩临界应力系数，η为塑性修正系数；

支柱刚度约束：

a)支柱截面积大于腹板面积40％；

A_min＝0.4×A；

A、A_min是指隔波构件截面积、壁板构件截面积；

b)支柱构件满足最小惯性矩要求；

I_u、I_min指隔波构件惯性矩、最小惯性矩；d、t、h_e、k_s是指支柱间距、腹板厚度、上下缘条形心间的距离、剪切屈曲系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对该有限元模型进行进行变密度法的拓扑优化之后，所述方法还包括：

根据多路径传载结构的已知设计空间，对集中载荷施加点的单传力路径和双传力路径进行工程分析，选出最优传力路径；

对比拓扑优化最佳传力路线和最优传力路径；

若两者符合，则认为拓扑优化最佳传力路线合理；若两者不符合，则修改拓扑优化的约束参数再次进行优化，直到两者符合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变密度法将结构拓扑优化问题转换为以单元材料密度为优化变量的非线性优化问题；非线性问题能转换为二次规划问题，即序列规划方法，序列规划方法能通过灵敏度分析，寻找最优方向来更新单元密度分布，最终获得优化收敛结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，静态求解有限元模型的网格尺寸是3mm，单元类型采用2次修正的四面体单元。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有限元模型的网格尺寸是6mm，单元类型采用2次修正的四面体单元。