[发明专利]基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法

权利要求书

1.一种基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、对结构件进行原始模型设计；

S2、为原始模型选择制造材料；

S3、对所述原始模型定义材料属性、载荷及边界约束条件，进行应力、变形分析，记录原始模型的峰值应力σ_max；校核选择的材料是否满足设计要求，满足则执行步骤S4，否则返回执行步骤S2；

S4、对原始模型进行创成式拓扑优化设计，具体步骤包括：

S41、将原始模型作为优化对象导入创成式拓扑优化设计系统，输入与步骤S3中相同的材料属性、载荷及边界约束条件；根据工况条件，将优化对象划分出非设计空间及设计空间，并对设计空间进行形状、尺寸调整，释放结构优化空间；

所述非设计空间为优化对象在结构优化过程中形状、尺寸需要保持原始设计形态的区域，所述设计空间为优化对象非设计空间以外的区域；

S42、构建目标应力值计算模型，计算目标应力值σ_t：

其中，σ_t为目标应力值，σ_max为原始模型的峰值应力，n为安全系数值；

S43、输入目标应力值σ_t，选择优化过程中形成的支柱密度，分别运行迭代计算，得到不同支柱密度下的创成式拓扑优化结果及其质量q_to、创成式拓扑优化结果的峰值应力S_max及最大变形量U_max；

S44、构建创成式拓扑优化设计方案评价模型：

P＝αQ+βS+μU

Q＝q_o/q_to

S＝σ_t/S_max

U＝U_o/U_max

其中，P为评估创成式拓扑优化设计最优方案的评估值，Q为轻量化水平参数、S为应力水平参数、U为变形程度参数，q_o为原始设计模型的质量，q_to为创成式拓扑优化结果的质量，σ_t为目标应力值，S_max为创成式拓扑优化结果的峰值应力，U_o为设计要求的最大变形量，U_max为创成式拓扑优化结果的最大变形量，α、β、μ分别为评估轻量化水平参数Q、应力水平参数S、变形程度参数U的影响因子；

S45、根据对轻量化水平、应力水平及变形程度权重要求的不同，为评价模型设置满足要求的影响因子α、β、μ，确定适用的评价模型；

S46、利用适用的评价模型及步骤S43得到的参数值，对不同支柱密度下的创成式拓扑优化结果进行评价，选择评估值最高的创成式拓扑优化结果作为创成式优化模型；

S5、对创成式优化模型进行导向式模型重构，具体步骤如下：

S51、根据设计需要对创成式优化模型进行细微调整；

S52、基于微调后的模型结构、形状及尺寸，采用逆向建模技术，以传统成型加工工艺为导向，进行三维逆向重构，得到轻量化程度较高的重构模型；

S53、对重构模型进行轻量化效果评估，满足轻量化目标要求则执行步骤S6，否则返回执行步骤S5；

S6、对满足轻量化目标要求的重构模型的强度、刚度进行校核和修正，直至获得满足设计要求的轻量化模型，具体步骤如下：

S61、对重构模型执行步骤S3，进行应力、变形分析，校核重构模型的强度及刚度，如满足强度、刚度要求则执行步骤S63，否则执行步骤S62；

S62、返回执行步骤S5重新进行模型重构后，再进行重构模型的校核和修正；

S63、校核和修正结束，获得满足设计要求的轻量化模型。

2.根据权利要求1所述的基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法，其特征在于，步骤S1采用CAD软件进行原始模型设计。

3.根据权利要求1所述的基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法，其特征在于，步骤S2中材料的选择依据设计要求、载荷的大小和性质、结构件的工作环境和复杂程度、材料的加工性能和经济性因素。