[发明专利]一种基于拓扑优化的模块内部舾装轻量化方法

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的模块内部舾装轻量化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、根据舾装构件的实际尺寸，并在有限元ANSYS软件中对舾装构件进行三维实体建模；

步骤二、根据舾装构件整体尺寸的大小情况，采用ANSYS软件自动将舾装构件的三维实体模型离散成有限个节点单元，将离散成有限个节点单元的舾装构件的三维实体模型整体作为有限元计算模型；

步骤三、对舾装构件的有限元计算模型设置固定约束条件以固定舾装构件位置；

步骤四、在舾装构件的有限元计算模型的上表面均布施加与环境载荷中风的动载荷等效的静载荷，所述的等效的静载荷通过以下公式计算得到：

式中，P_w为舾装构件的有限元计算模型单位面积上的等效静载荷；C_s为舾装构件的形状系数，C_h为舾装构件的高度系数；

步骤五、以舾装构件的有限元计算模型中节点单元的相对密度为设计变量，建立舾装构件的有限元计算模型的数学模型，表达式如下：

Subject:x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T

式中，C为计算模型的应变能；x＝(x₁,x₂,…,x_n)为计算模型的设计变量，x₁,x₂,…,x_n为第1，2，…,n个计算模型中节点单元的相对密度，其中节点单元的初始相对密度为1；V为舾装构件的有限元计算模型的体积；V₁为舾装构件的有限元计算模型中节点单元相对密度小于1的材料体积；f为剩余材料的百分比；U_i为第i个节点单元重心的位移向量；K_i为第i个节点单元的刚度矩阵；E(x_i)进一步展开如下：

式中，x_i为节点单元i的相对密度；E₀为相对密度为1的节点单元的弹性模量；x_min为节点单元中最小的相对密度；

步骤六、将舾装构件的有限元计算模型的数学模型导入ANSYS软件中，并设置减少材料的百分比f，对舾装构件的有限元计算模型中节点单元的相对密度进行变动，寻找计算模型最小的应变能C，反复迭代计算，直至减少材料百分比f达到80％时，输出优化后舾装构件的拓扑结构；

步骤七、利用ANSYS软件对舾装构件拓扑结构表面进行规整平滑处理，将优化后舾装构件的拓扑结构转化为可制造的舾装板材。