[发明专利]基于响应面方法的带簧铰链结构多目标优化设计方法

摘要

基于响应面方法的带簧铰链结构多目标优化设计方法包含:建立带簧铰链的有限元模型；进行质量放大参数的参数敏感性分析；根据准确的质量缩放参数，对带簧铰链的弯曲和折叠进行仿真分析，并提取带簧铰链弯曲折叠过程中的弯矩转角变化曲线；建立以应变能和临界弯矩为目标，以铰链结构单元簧片的长度、厚度、截面半径和截面圆心角为设计变量，以屈曲控制方程为约束的多目标优化模型；基于响应面方法，拟合响应面方程，获得临界弯矩显式表达式和应变能显式表达式；采用改进的非排序遗传算法，对多目标优化模型进行求解计算获得最优化结果。本发明为空间可展铰链结构的设计提供简便可行的方法，缩短了设计周期，提高了工作效率，节省了设计成本。

主权项

1.基于响应面方法的带簧铰链结构多目标优化设计方法，在整个设计流程中，包含以下步骤：第一步，根据带簧铰链在连接太阳能帆板中的实际运行环境，建立带簧铰链的有限元模型；第二步，基于第一步的有限元模型设置，在显示动力学分析步设置中，引入直接定义缩放因子和定义期望的时间增量，进行质量放大参数的参数敏感性分析，得到准确的质量缩放参数；其中在分析过程中需要观察动能和应变能的比值，当动能和应变能比值小于1％时，此时的质量缩放参数即为准确的质量缩放参数；第三步，根据第二步获得的准确的质量缩放参数，对带簧铰链的弯曲和折叠进行仿真分析，并提取带簧铰链弯曲折叠过程中的弯矩转角变化曲线；第四步，在第二、三步基础上，建立以应变能和临界弯矩为目标，以铰链结构单元簧片的长度、厚度、截面半径和截面圆心角为设计变量，以屈曲控制方程为约束的多目标优化模型；所述的屈服控制方程为：其中R和t分别为簧片的截面半径和厚度，E为杨氏模量，μ为泊松比，σs为材料屈服极限；第五步，基于响应面方法，根据设计变量设计域，采用Box‑Behnken设计方法设计样本点，拟合响应面方程，获得临界弯矩显式表达式cm和应变能显式表达式se，并对显式表达式的拟合精度进行检验，如果检验不合格，则增加样本点重新拟合响应面方程，更新临界弯矩和最大应变能关于设计变量的显式表达式，直到精度达到要求为止；其中检验条件为：复相关系数R2和修正复相关系数Radj2均大于0.9，并且均方根误差RSME小于0.09；第六步，采用改进的非排序遗传算法，在第四步、第五步的基础上，对多目标优化模型进行求解计算，若求解收敛，则可获得多目标优化解的分布规律；若求解不收敛则对优化模型的约束条件中的材料屈服极限进行修改，直到求解收敛获得最优化结果。