[发明专利]循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网格结构拓扑优化设计方法，特别涉及一种循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计方法。

背景技术

在航空航天、汽车制造等领域，由于圆柱网格结构具有很高的承载效率和很好的整体稳定性，可用于要求结构强度高和重量轻的部位，如卫星的承力衬套、飞机机身等。

参照图1-2。文献1“孙士平，材料和结构的拓扑优化关键理论和方法研究[M]，西北工业大学博士学位论文,西北工业大学,2006”公开了一种循环对称圆柱网格结构的拓扑优化设计方法，该文献将圆柱网格结构划分成单胞3，圆柱网格结构所包含单胞数m=m_p×m_h，其中m_p=360/φ为圆周方向单胞个数，m_h为高度方向单胞个数。该文献通过对单个单胞的优化，实现了对整个圆柱结构的优化，并考察了不同m值、体分比以及边界条件对优化构型的影响。

参照图3-5。文献1公开的方法虽然可以实现循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计，但是其方法和优化模型具有不完备性。文献1中公开的方法允许圆柱结构在柱面法向上自由变形，这种方法的缺点是：高度方向（轴向）单胞个数大于1时，则在优化模型中上下两层单胞在高度方向（轴向）受压之后位移不连续5；当圆环受轴向均布压力载荷4时，单胞与载荷接触的位置6的材料在优化迭代过程中不能被去除，导致设计结果性能降低。

发明内容

为了克服现有循环对称圆柱网格结构的拓扑优化设计方法完备性差的不足，本发明提供一种循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计方法。该方法在单胞轴向方向上引入约束方程，通过约束方程的引入，使得单胞轴向交界处的位移连续，同样由于约束方程的引入，导致单胞与压力载荷接触的区域材料可以去除，可以提高优化模型的完备性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种循环对称圆柱网格结构拓扑优化设计方法，其特点是包括以下步骤：

(a)根据圆柱网格结构周向和轴向单胞数量，计算圆柱网格结构的单胞大小，通过圆柱单胞结构的CAD模型建立有限元模型。

(b)定义边界条件。

对于单胞的M+平面和M-平面上相对应的点建立约束方程：

ui,rM+=ui,rM-ui,θM+=ui,θM-ui,zM+=ui,zM-i=1,2,...,m---(1)]]>