[发明专利]一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法

摘要

本发明属于结构优化领域，并公开了一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法。该方法包括：(a)对待优化的宏观结构、原型微结构的初始构型初始化；(b)以初始构型的等效属性计算宏观结构频率响应J1，计算获得每个原型微结构的构型；(c)对每个原型微结构进行形状插值，获得多个梯度微结构作为样本点构建预测模型并预测宏观结构中每个梯度微结构的等效属性；(d)利用每个梯度微结构的等效属性计算宏观结构的频率响应J2，计算J1与J2的差值，当大于预设阈值时，计算获得宏观结构中每个微结构的密度，返回步骤(b)；当小于预设阈值时，采用形状插值获得宏观结构中的微结构构型。通过本发明能充分提升结构动态性能。

主权项

1.一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：/n(a)对于待优化的宏观结构，其包括多个密度相同的多孔微结构，将一个该多孔微结构设定为初始微结构，设定多个原型微结构的密度，将该原型微结构按照设定的密度大小按照从小到大进行排序，以此获得每个原型微结构的序号，将所述初始微结构作为原型微结构的初始构型；根据原型微结构的密度将(0,1)之间划分为多个密度区间，每个原型微结构的密度对应一个密度区间；/n(b)根据原型微结构的初始构型采用均匀化理论计算所述初始构型的等效属性，以所述初始构型的等效属性计算所述宏观结构频率响应J1，利用该频率响应计算获得每个原型微结构的构型；/n(c)对于每个原型微结构，根据该原型微结构所对应的密度区间，采用形状插值方法对该原型微结构进行形状插值，以此获得与该原型微结构对应的多个梯度微结构的构型，该多个梯度微结构的构型在所述原型微结构对应的密度区间内呈连续梯度变化；/n(d)计算每个梯度微结构的等效属性，利用每个密度区间对应的梯度微结构的等效属性构建预测模型，该预测模型中密度作为输入，等效属性作为输出，以此获得多个密度区间对应的预测模型，利用该多个预测模型预测宏观结构中每个梯度微结构的等效属性，利用所述梯度微结构的等效属性计算宏观结构的频率响应J2，计算频率响应J1与J2的差值，根据计算的差值按照下列步骤之一进行：/n(d1)当二者差值大于二者预设阈值时，以宏观结构的频率响应最小为目标，预设的材料用量为约束条件，构建宏观优化模型，利用该宏观优化模型计算获得所述宏观结构中每个梯度微结构的密度；采用获得的每个梯度微结构的密度对所述宏观结构进行更新，获得更新后的宏观结构；/n将所述更新后的宏观结构作为待优化的宏观结构，第一个原型微结构作为初始微结构，所有原始微结构作为初始构型，返回步骤(b)；/n(d2)当二者差值小于预设阈值时，根据宏观结构中的每个梯度微结构的密度，对该密度所在密度区间对应的原型微结构进行形状插值，以此获得宏观结构中每个微结构的构型，即获得优化后的宏观结构，实现拓扑优化过程。/n