[发明专利]高速轻载机构非线性动态系统结构进化优化方法

摘要

本发明公开了一种高速轻载机构非线性动态系统结构进化优化方法，其针对非线性动力学分析直接可以计算单元应变能灵敏度信息，直接获取每个时间点上的单元应变能，并归一化处理后，将所有时间点的应变能进行叠加，获得衡量所有离散点的综合灵敏度，采用进化结构方法进行结构修改，然后更新结构，重新进行非线性分析，重复上述过程，直到优化目标实现。该方法省去了等效载荷计算，并且将结构的修改对惯性载荷的变化直接反应到模型中，获得更优的优化结果。本发明将等效静态载荷考虑为设计变量的函数，并提出了相应求解方法，与标准等效静态载荷相比，相同运动条件下的振幅可以降低一半，大幅提升高速轻载机构性能。

主权项

一种高速轻载机构非线性动态系统结构进化优化方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立含有运动学自由度的非线性有限元模型；b、对a步骤中建立的非线性有限元模型进行非线性动力学分析，并获得各时间步上有限元模型刚度及单元应变能信息；c、对b步骤中有限元模型单元在各时间步上的归一化后的应变能进行叠加，获得有限元模型单元在所有时间步上的综合灵敏度指标Ei；d、根据c步骤中获得的有限元模型中各单元的综合灵敏度指标Ei对有限元模型单元进行排序，按照预设阈值e将全体有限元模型单元分为Ei≥e和Ei＜e两组单元集合，其中Ei≥e单元集合为保留单元集合，Ei＜e集合为去除单元集合；e、将d步骤中的保留单元集合和去除单元集合分别分配正常材料和轻质材料，获得结构更新后的有限元模型，将循环次数加1，同时增加d步骤中预设阈值e用于下一轮单元集合划分；f、对e步骤中获得结构更新后的有限元模型进行b步骤的非线性动力学分析，并获得各时间步上有限元模型刚度及单元应变能信息；g、对优化模型的目标函数和约束条件进行迭代收敛性判定，若动态载荷在相邻两次中的载荷差值小于设定阈值且保留单元集合的体积小于预设的体积优化目标时，结构优化结束；若不能同时满足前述的两项判定条件，则继续进行c‑d‑e‑f等步骤进行迭代，直至同时满足载荷收敛性条件和体积约束条件；h、根据g步骤获得最后一轮迭代中获得的结构优化设计变量来更新结构。