[发明专利]双平面包络体内加筋结构的优化方法、装置、计算机设备和存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种双平面包络体内加筋结构的优化方法、装置、计算机设备和存储介质。通过将上、下平面之间的加筋条处理为筋条构件，并以筋条构件的端部坐标和厚度作为设计变量，使用基于形状灵敏度的梯度类优化求解器，求解具有体积约束以及其他约束下的优化列式，得到筋条构件的优化分布和一种双平面包络体内加筋结构的优化结构，优化过程不依赖于背景网格，设计变量数大大降低，计算效率提高；且该优化结构包含筋条构件的明确的尺寸、形状参数信息，可以直接导入到CAD/CAE系统，无需繁杂的人工识别、后处理过程，并方便导出工程强度分析报告解决工程问题，整体上提高了优化和工作效率。

技术领域

本发明涉及力学结构技术领域，尤其涉及一种双平面包络体内加筋结构的优化方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

双平面包络体结构被广泛用于土木工程、汽车制造和航空航天工业等领域的重要结构部件中。为了增强双平面包络体的承载力，需在双平面包络体内增加加强筋结构，如何合理的规划加强筋的布局是结构优化设计中一个十分重要的问题。

工程以及学术界中通常使用拓扑优化方法来确定加强筋的最佳位置、方向以及形状，现有技术中主要是采用基于单元或节点的隐式拓扑优化方法来对加强筋进行优化，首先，将加强筋所处的区域(加筋层)当成优化的设计域，将结构离散成有限元网格，以设计域内的单元密度为优化设计变量，采用SIMP法(变密度法)对加强层进行拓扑优化设计，得到加强筋的最优材料分布，接着对于初步优化的结果有一个人工识别的过程，即根据优化所得的实体材料分布结果(通常不太清晰，存在模糊边界、弱单元)，人工提取出主要的筋条路径、几何特征参数，然后再根据识别出的筋条的尺寸、特征参数重新建立筋条模型，进行新一轮的形状和尺寸的参数优化，得到最优的形状、尺寸优化结果，最后通过上述的主要两个优化过程，可以得到最终的一种双平面包络体内加筋结构的优化设计结果。

但使用上述隐式拓扑优化方法，对筋条的几何描述依赖于隐式的结构的像素单元或节点，没有显式的几何信息，对工程实际中常见的双平面包络体设计域的内部贯穿式加筋设计方案无法快速建模和优化求解，难以实现对筋条尺寸的有效控制或约束，导致设计变量多、计算量大的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出了一种双平面包络体内加筋结构的优化方法、装置、计算机设备和存储介质，采用显式的拓扑优化方法，不仅直接控制和输出筋条构件的显式的几何参数尺寸，而且显著降低计算量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双平面包络体内加筋结构的优化方法，所述方法包括：

构建双平面包络体内加筋结构模型，所述双平面包络体内加筋结构模型包含上平板、下平板和设置于所述上平板和所述下平板之间的多个筋条构件，所述上平板与所述下平板平行或不平行，多个所述筋条构件的上表面形成的面与所述上平板的下表面重合，多个所述筋条构件的下表面形成的面与所述下平板的上表面重合，使用几何参数表示每个所述筋条构件；

根据所述双平面包络体内加筋结构模型的载荷与约束条件，对所述双平面包络体内加筋结构模型划分网格，进行有限元分析，得到力学指标；

形成优化列式，所述优化列式包括目标函数、约束函数和设计变量；根据所述目标函数和所述设计变量，计算形状灵敏度；所述设计变量包括每个所述筋条构件的所述几何参数；所述目标函数、所述约束函数和所述形状灵敏度的计算中，所需要的信息来自所述力学指标与所述约束条件；

优化计算，将所述优化列式及所述形状灵敏度输入至预设的优化求解器，得到更新后的所述设计变量与更新后的所述优化列式；当所述优化列式中的所述目标函数收敛时，完成优化计算，得到优化后的双平面包络体内加筋结构；当所述优化列式中的所述目标函数不收敛时，用更新后的所述设计变量中的所述几何参数表示每个所述筋条构件，形成更新后的所述双平面包络体内加筋结构模型，再次进行所述有限元分析，再次形成所述优化列式，以及再次进行所述优化计算，直至所述优化列式中的所述目标函数收敛。