[发明专利]一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定扭力杆结构并对其进行载荷环境识别以得到关键载荷与边界条件；

S2、根据关键载荷与边界条件建立扭力杆力学模型；

S3、利用扭力杆力学模型对现有扭力杆结构进行有限元分析，以获得现有扭力杆结构的性能参数；

S4、利用扭力杆力学模型对现有扭力杆结构进行拓扑优化设计以得到优化结构，对优化结构进行有限元分析以获得优化结构的性能参数；

S5、对比现有扭力杆结构的性能参数和优化结构的性能参数，检验优化结构的性能参数是否大于现有扭力杆结构的性能参数，若否，重新考虑优化策略并调整参数进行优化，若是，则终止迭代；

S6、输出终止迭代后优化结构的性能参数和优化后的扭力杆结构。

2.如权利要求1所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、确定扭力杆结构以作为研究对象；

S12、根据结构的典型服役环境，对所述研究对象进行载荷环境识别以得到扭力杆结构的关键载荷和扭力杆与其他部件相连位置处的支反力；

S13、根据所述关键载荷和所述支反力确定扭力杆结构的边界条件。

3.如权利要求1所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，步骤S4中所述利用扭力杆力学模型对现有扭力杆结构进行拓扑优化设计包括：

划分扭力杆力学模型的可设计区域；

对划分好的可设计区域进行网格划分。

4.如权利要求3所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，步骤S4中所述利用扭力杆力学模型对现有扭力杆结构进行拓扑优化设计包括：

构建以最小化应变能作为目标函数、可设计区域体积分数小于给定值作为约束函数的拓扑优化模型；

根据拓扑优化模型，确定可设计区域的优化参数；

利用优化参数通过拓扑优化求解以获得扭力杆可设计区域的材料分布，将扭力杆可设计区域的材料分布作为扭力杆的优化结构。

5.如权利要求4所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，所述优化参数包括体分分数和约束函数权重。

6.如权利要求4所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，所述拓扑优化求解采用最小化结构柔顺性离散变量拓扑优化方法，其公式为：

find：ρ＝{ρ₁，ρ₂，...，ρ_N}^T

s.t.：KU＝F

0＜ρ_min≤ρ_e≤1，e＝1，2，...，N

其中，K表示结构的总刚矩阵，U表示位移向量，F表示外载荷向量，T表示向量转置，k_e表示单元刚度矩阵，u_e表示单元位移向量，v_e表示单元体积，V^*表示材料体积用量，ρ表示拓扑设计变量，ρ_e表示某个单元的密度，N表示设计域被离散为N个单元，ρ_min表示密度下限。

7.如权利要求1所述的一种基于拓扑优化的扭力杆轻量化设计方法，其特征在于，步骤S4中所述对优化结构进行有限元分析以获得优化结构的性能参数包括：

对优化结构进行三维建模以得到建模后的扭力杆结构；

对建模后的扭力杆结构进行有限元分析以获得优化结构的性能参数。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储一个或多个程序；

处理器；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。