[发明专利]一种基于拓扑优化变密度法的最优非设计空间划分方法

摘要

本发明公开了一种基于拓扑优化变密度法并以最小质量为优化目标的最优非设计空间划分方法，通过不同非设计空间体积下的拓扑优化结果的判断，从而逐级缩短非设计空间体积所在的范围得到最轻的机械结构，得到了机械结构拓扑优化全局最优解。本发明能够适用于大部分机械结构最优非设计空间的划分，直接实现从原始结构到最终拓扑结构，提高了拓扑优化效率，缩短了优化设计的时间。

主权项

1.基于一种拓扑优化变密度法的最优非设计空间划分方法，其特征在于包括下述步骤：(1)确定三维模型非设计空间的体积变化范围，定义非设计空间体积最小变化量，选定结构的材料以及确定其材料性能，包括泊松比、弹性模量，屈服强度；(2)定义初始化计算过程中所用到的参数以及设计变量：—进行拓扑优化时的初始非设计空间的体积；—拓扑优化时体积的改变量；—非设计空间体积改变的次数；—设定的设计空间改变量改变次数的上限值；—定义初始设计变量为1；(3)确定结构的边界条件，施加载荷等约束，根据当前非设计空间体积的大小，对非设计空间进行连续体单元有限元分析，得到单元节点位移、单元应力、单元刚度矩阵；(4)将设计变量代入到拓扑优化后结构的质量显式表达式中，进行计算，同时进行灵敏度的分析；(5)与前一次计算得到的质量进行比较，若两者差的绝对值，则迭代次数；(6)重复步骤(3)、(4)、(5)，若两者差的绝对值，则终止迭代；(7)令，，并重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)直到，得到多组不同非设计空间体积下的质量；(8)当时，令，同时输出以及其所对应的非设计空间体积，输出、及其所对应、，令，，重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)；(9)当时，在体积左右附近分别选择两个体积值、，重复步骤(3)、(4)、(5)、(6)，得到两个非设计空间体积下的质量、，并与进行比较，若较小，则选择在区间中寻找最优非设计空间的体积，同理，若较小，则选择在区间中寻找最优非设计空间的体积；(10)取上述区间的中间体积值作为非设计空间的体积，重复步骤(3)、(4)、(5)、(6)，得到，并与比较，若大于，则令最优非设计空间体积的区间为，同理，若小于，重复步骤(9)，得到新的最优非设计空间体积的区间；(11)重复步骤(9)、(10)，直到且，输出、并作为最优非设计空间体积以及结构拓扑优化后得到的最小质量。