[发明专利]基于应力约束的机翼翼梁结构拓扑优化方法

摘要

本发明公开了一种基于应力约束的机翼翼梁结构拓扑优化方法，用于解决现有方法设计钉载切向应力大的技术问题。技术方案是采用三维实体单元建立钉载模型。在优化的过程中以应力为约束，约束钉载单元处的切向应力最小，用伴随法求得钉载灵敏度，并和材料用量一起作为刚度优化的约束，进行结构拓扑优化得到设计结果。该方法能够保证结构刚度性能，同时合理分配结构传力路径，避免应力集中。通过实施例可以看到，约束结构材料体分比同为0.3时，不施加应力约束结构柔顺度函数为0.0207J，施加钉载应力约束后结构柔顺度函数不变的情况下，螺栓最大切应力由17.9MPa降低到11.3MPa，降低了36.8%，降低了螺栓单元的切向应力。

主权项

1.一种基于应力约束的机翼翼梁结构拓扑优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立拓扑优化模型，定义梁腹板为拓扑优化的设计域Ω并将Ω离散为n个有限单元，定义优化目标函数为柔顺度函数最小，约束条件为材料使用体分比小于单元切应力小于find X＝(x₁，x₂，…，x_n)min C(X)=Σi=1nUiTKiUi]]>s.t.KU＝F    （1）V(X)=Σi=1nxivi≤V‾]]>σs≤σ‾]]>0＜x_i≤1，i＝1，…，n式中，x_i为单元对应的伪密度，v_i为单元体积，U_i为单元位移向量，K_i为单元刚度矩阵，F为节点等效载荷向量，U为节点整体位移向量，K为结构总刚度矩阵，C为结构柔顺度函数，σ_s为单元切应力；步骤二、有限元分析计算结构的位移响应U；根据U计算钉载单元的切应力σ；引入伴随向量λ^T＝{0,0,…,1,…,0,0,0}，λ^T的各分量均为0，钉载单元横截面上的切应力σ_s对应的分量为1；钉载单元横截面上的切应力：σ_s＝λ^Tσ    （2）约束钉载的单元横截面上的切应力步骤三、计算切应力对于设计域内单元的伪密度x_i的灵敏度；步骤四、根据求得的灵敏度进行优化，优化迭代得到结果。