[发明专利]一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法

摘要

本发明公开一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法包括以下步骤：(1)建立基结构有限元模型；(2)输入多性能拓扑优化参数，形成优化模型；(3)初始化变量并提取基结构信息；(4)对结构进行力学性能分析，并提取分析结果；(5)对优化模型进行显式化处理；(6)求解优化模型；(7)对最优连续结构进行反演，获得最优拓扑结构。本发明可以快速得到稳定收敛的拓扑优化结构，缩短结构设计周期，提高工作效率，节能减材。

主权项

一种基于多性能约束的结构拓扑优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立基结构有限元模型；第二步，输入优化参数，形成以结构体积最小为优化目标，结构临界屈曲载荷、结构关键节点位移及结构固有频率为约束的多性能约束拓扑优化模型；第三步，初始化变量并提取基结构信息，包括提取单元材料属性、单元号、节点号及厚度信息，并对拓扑变量及对应上下限等数组进行初始化，为优化模型的求解提供结构单元及节点信息；第四步，对结构进行屈曲、静力及模态等力学性能分析，并提取单元及节点分析结果，为建立优化模型的显式化方程提供结构单元及节点的力学性能参数；第五步，首先对单元的体积、单元的质量矩阵、单元的刚度矩阵及单元的几何刚度矩阵物理属性进行识别，然后采用泰勒展式及敏度分析手段，对优化目标及约束函数进行显式化处理，形成近似连续数学优化模型；第六步，采用对偶理论将近似连续数学优化模型进行对偶处理，并采用序列二次规划算法求解优化模型，进而获得最优连续解；第七步，采用智能搜索最优反演阈值的方法对中间拓扑变量进行离散，进而获得最优拓扑结构。