[发明专利]一种基于遗传算法的B样条自由曲面零件结构轻量化方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的B样条自由曲面零件结构轻量化方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据曲面零件的截面几何尺寸与B样条思想确定关键节点的坐标；

步骤2，根据所设计零件的结构功能要求，使用坐标区间表示曲面零件截面关键节点的位置，控制零件截面走势；

步骤3，通过遗传算法在坐标区间内自动寻优，得到最终确定的节点位置坐标以及轻量化设计的B样条曲线；

步骤4，将轻量化优化好的B样条曲线导入ANSYS APDL经典界面中绘制零部件的三维形状；

步骤5，使用经典层合板强度理论，建立关于结构与强度的关系，Tsai-Wu失效准则作为失效判据验证所做设计是否符合蔡吴失效准则要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的B样条自由曲面零件结构轻量化方法，其特征在于：步骤3中，通过MATLAB进行遗传算法优化，步骤如下：

步骤3-1，用二进制编码策略，构建关于B样条控制点坐标的随机种群；

步骤3-2，在用B样条曲线对曲面零件建模完成后，在ansys中施加约束与载荷，计算相应的应力；

步骤3-3，应力数值返回MATLAB中，基于适应度进行选择、交叉、变异、重组操作，以此进行遗传算法优化设计。

3.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的B样条自由曲面零件结构轻量化方法，其特征在于：步骤4中MATLAB软件中构建一条完整的B样条曲线的方法如下：

步骤4-1，将B样条曲线上节点坐标输出至txt文件内；

步骤4-2，MATLAB中通过fopen命令打开txt文件，用fprintf命令将节点坐标输入txt文件中，并以fclose命令结束输入；

步骤4-3，在ANSYS软件中，输入txt文件中节点坐标，并以此拟合B样条曲线；

步骤4-4，根据已有B样条曲线通过构建截面形状，并以B样条曲线进行扫略，完后对曲面零件的建模过程。

4.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的B样条自由曲面零件结构轻量化方法，其特征在于：步骤5中，使用经典层合板强度理论，建立关于结构与强度的关系，以Tsai-Wu失效准则作为失效判据，公式为：

式中，F1、F11、F12、F2、F22、F66为6个独立的强度参数，由试验测定的基本强度X_T、X_C、Y_T、Y_C、S表示出来，其中X_T为纤维方向拉伸强度极限，X_C为纤维方向压缩强度极限，Y_T为垂直纤维方向拉伸强度，Y_C为垂直纤维方向压缩强度极限，S为剪切强度极限；

平面应力下的一般形式为如公式(1)所示，σ₁为纵向应力，σ₂为横向应力，σ₆为剪切应力：

根据强度是否满足公式(1)的关系判断轻量化设计是否符合强度要求，若满足公式条件，则材料处于临界状态；若公式左边1，则材料发生破坏；若公式左边1，则材料安全，若不符合则回到步骤1重新优化截面关键节点的位置。