[发明专利]双重优化并行的负泊松比减振结构设计方法

说明书

本发明涉及一种双重优化并行的负泊松比减振结构设计方法。包括：步骤一，借助形状优化对优化设计对象的原始结构进行结构找形，确定结构的单体具有的一般特征；步骤二，根据找形后结构的一般特征，确定单体的形式和基本参数，进而展开参数优化设计，形成至少两种类型模型的初步结构；步骤三，展开随机振动分析，对至少两种类型模型的初步结构进行参数化调整，选出至少两种类型模型各自最优的参数对应的模型；步骤四，对步骤三得到的至少两种类型模型进行减振性能分析对比，基于减振性能越高越好、质量越小越好，综合确定最优类型的模型。本发明形成的负泊松比减振结构相对于传统结构质量轻、减振性能优异、减振范围广、结构刚度性能良好。

技术领域

本发明属于减振结构设计与优化技术领域，具体涉及一种双重优化并行的负泊松比减振结构设计方法。

背景技术

传统的减振形式主要分为弹簧减振及气压减振。弹簧减振结构简单，但弹簧阻尼系数会严重影响不同条件下减振效果。气压减振性能更好，但需要一系列配套组件，套件总重量及安装空间都更大，同时维修和安装难度也更高。

负泊松比减振结构与传统结构相比，具有剪切模量显著增大，抗冲击抵抗力提升，断裂韧度增强，吸能效果更好等优势。因而近年来被广泛应用于工业生产、交通运输等领域，尤其在航空航天飞行器制造领域，对减振技术的要求更加严苛，采用负泊松比减振结构的优化设计能够提高飞行器的运载效率和安全性。

3D打印技术又被称为增材制造，是一种快速成型技术。这种技术首先要求完成一套数字模型文件，再使用金属粉末或者热熔塑料，通过3D打印机逐层进行打印来制造实物结构。

结构优化方法多种多样，包括尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。尺寸优化、形状优化和形貌优化不会改变结构的拓扑形式，相关研究和应用较为成熟。而结构的拓扑优化是当下结构优化的一个热点，拓扑优化形成的结构配合3D打印技术能够解决复杂结构加工成型的难题。

现有需要提供一种优化效果好的负泊松比减振结构设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双重优化并行的负泊松比减振结构设计方法，能够提高优化效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双重优化并行的负泊松比减振结构设计方法，包括：

步骤一，借助形状优化对优化设计对象的原始结构进行结构找形，确定结构的单体具有的一般特征；

步骤二，根据找形后结构的一般特征，确定单体的形式和基本参数，进而展开参数优化设计，形成至少两种类型模型的初步结构；

步骤三，展开随机振动分析，对至少两种类型模型的初步结构进行参数化调整，选出至少两种类型模型各自最优的参数对应的模型；

步骤四，对步骤三得到的至少两种类型模型进行减振性能分析对比，基于减振性能越高越好、质量越小越好，综合确定最优类型的模型。

优选地：将最优类型的模型上传至3D打印机，并整体打印成型。

优选地：步骤一中，开展有限元优化，设置基于SIMP插值的MMA优化方法，优化目标设为最大刚度，荷载条件设置为重力。

优选地：单体的形式为横向内折六边形结构或者竖向内折六边形结构。

优选地：单体为六边形，由2条长度为A的侧边和4条长度为B的折线梁构成，平行于侧边的内折角处的对角线长度为2a，相邻两侧边直线距离为2b，两条相邻折线梁夹角为2α；单体厚度为t。

优选地：参数优化中，调整的参数包括参数a，b，α，t，并在刚度最小情况下，对结构峰值加速度均方根和结构质量展开优化。