[发明专利]一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法

摘要

本发明公开了一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法，包括对零件力学性能过渡区的分布规律进行优化设计：以零件过渡区的大小作为设计变量、该零件的性能需求作为优化目标、该零件的最优性能需求作为约束条件，建立优化数学模型；确定试验组数，针对每组试验，在其中一个过渡区的取值范围内确定各个取值，基于等强度变化率的原则，即任意相邻力学性能区域的抗拉强度之差与位于该相邻力学性能区域之间的过渡区的大小之间的比值为一定值，从而确定其它过渡区对应的取值，对每组试验进行分析计算，即可得到零件最优的力学性能过渡区的大小。本发明可以使零件的不同力学性能区域之间的变化为平滑过渡，进而得到性能最优的梯度力学性能零件。

主权项

1.一种梯度力学性能零件过渡区优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立梯度力学性能零件的有限元模型，该零件具有N个力学性能区域以及N‑1个过渡区，每个力学性能区域的抗拉强度用σ_i表示，每个力学性能区域的大小用H_i表示，每个过渡区的大小用h_j表示，i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N‑1；S2、采用分级优化方法对零件力学性能的梯度分布进行优化设计，首先针对零件的力学性能分布位置进行优化设计，在此基础上，对零件的力学性能区域大小进行优化设计，两步均采用正交试验设计方法对零件力学性能梯度分布进行优化设计：S201、先对零件的力学性能分布位置进行优化设计，即对零件所有力学性能区域的抗拉强度σ_i进行优化设计，以σ_i作为设计变量、该零件的性能需求Y作为优化目标、该零件的设计性能需求X作为约束条件，建立优化数学模型，设计并实施正交试验，得到第一组最优性能需求Y_b1，即得到一组优化的力学性能区域的抗拉强度；S202、再对该零件的力学性能区域大小进行优化设计，即对零件N‑1个力学性能区域的大小H_i进行优化设计，以H_i作为设计变量、该零件的性能需求Y作为优化目标、步骤S201中得到的Y_b1作为约束条件，建立优化数学模型，设计并实施正交试验，得到第二组最优性能需求Y_b2，即得到一组优化的力学性能区域的大小；S3、基于等强度变化率优化方案，采用遗传算法对零件力学性能过渡区的分布规律进行优化设计：以零件N‑1个过渡区的大小h_j作为设计变量、该零件的性能需求Y作为优化目标、步骤S202中得到的Y_b2作为约束条件，建立优化数学模型，在其中一个过渡区的取值范围内确定各个取值，并以步骤S201中得到的优化的力学性能区域的抗拉强度结合等强度变化率优化设计，确定其它过渡区对应的取值，即(σ_i+1‑σ_i)/h_j＝(σ_i+2‑σ_i+1)/h_j+1，采用遗传算法得到一组最优性能需求Y_b3，即得到零件最优的力学性能过渡区的大小。