[发明专利]复杂装配体的构件拓扑优化设计方法

权利要求书

1.一种复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

1）建立装配体有限元模型并分析，在装配体模型中将需优化的构件作为子结构，提取子结构边界条件并导出；建立子结构模型，将提取的边界条件加载到子结构模型（优化对象）上进行分析，验证子结构模型边界条件的正确性；

2）建立优化对象的子结构模型，设定优化迭代参数ε_c 、ε_v 和ε_vs，其中ε_c为预定含优化构件的装配体的总体应变能变化量的限值，ε_v为预定的最终优化构件总的体积变化量的限值，ε_vs为预定的优化对象在一次提取其边界条件后进行拓扑优化时构件的体积变化限值，提取优化对象子结构的边界条件，建立优化对象的子结构模型，将提取的边界条件施加于优化对象上，采用密度法对优化对象进行拓扑优化；

3）判断优化对象体积变化是否超过ε_vs，如体积变化未超出ε_vs，对优化对象继续在本次提取的边界条件下进行拓扑优化迭代；如体积变化超出ε_vs，则终止本次提取的边界条件下的拓扑优化迭代，并将得到的优化构件代入装配体并分析，判断是否满足优化终止条件，当满足优化终止条件时，终止整个优化迭代进程，得到最终的优化结构；否则，重新提取优化对象的边界条件，在新的边界条件下继续对优化对象进行拓扑优化迭代。

2.根据权利要求1所述复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤1）中所述验证子结构模型边界条件的正确性是将在装配体分析时提取的边界条件施加到子结构上进行分析运算，最后比较子结构模型分析时与装配体分析时的响应指标，验证子结构模型边界条件的正确性。

3.根据权利要求1所述复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤2）中所述预定的优化对象在一次提取其边界条件后进行拓扑优化时构件的体积变化限值ε_vs的确定条件是，当体积变化不超过ε_vs值时，构件边界条件的变化在经验值的范围内。

4.根据权利要求1所述复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤2）中所述优化对象与其他构件之间的连接部分应保持不变，因此优化对象的设计区域是除去优化对象构件与其他构件的连接处及施加载荷处的单元区域，以此保证优化对象在优化设计后能重新装配入装配体中。

5.根据权利要求1所述复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤2）中所述优化迭代条件是在满足结构体积减少量的同时，使构件的应变能最小，即刚度最大。

6.根据权利要求1所述复杂装配体的构件拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤3）中所述的优化终止条件，包括以下两个，当满足其中任意一个时，整个优化迭代进程终止，

1）前后两次迭代的装配体应变能变化小于ε_c时，装配体刚度已趋于稳定，继续优化迭代也不再变化，优化迭代终止；

2）优化对象的体积变化大于等于ε_v时，达到预定的设计目标，优化迭代终止。