專利名稱：基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，特別是涉及一種基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法。
背景技術(shù)：
參照圖I、圖2。在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，為了滿足結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)需求，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛應(yīng)用于其零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。由于連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元離散處理后數(shù)值解的非唯一性，不帶附加約束的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)模型是一個(gè)病態(tài)問題，會出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象。導(dǎo)致最終拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可制造性降低，失去了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的工程意義。文獻(xiàn) I “99 line topology optimization code written in Mat lab. Sigmun d,Structural and Multidisciplinary Optimization, 2001, vol. 21, pp. 120-127，，公開了一種基于靈敏度過濾技術(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過有限元計(jì)算，得到設(shè)計(jì)目標(biāo)值和單元靈敏度，對單元靈敏度進(jìn)行靈敏度過濾，避免了在優(yōu)化迭代結(jié)果出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象。文獻(xiàn) 2 “Morphology-based black and white filters for topologyoptimization.Sigmund, Structural and Multidisciplinary Optimization,2007,vol. 33，pp. 401-424”公開了采用文獻(xiàn)I中公開的靈敏度過濾方法優(yōu)化簡支梁的優(yōu)化結(jié)果，該方法避免了優(yōu)化迭代結(jié)果出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象，但優(yōu)化迭代步數(shù)為119步，仍較多。文獻(xiàn)公開的方法雖然通過靈敏度過濾方法避免了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象，但是該方法增加了優(yōu)化迭代步數(shù)，降低了拓?fù)鋬?yōu)化的計(jì)算效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法中拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可制造性差的不足，本發(fā)明提供一種基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法。該方法采用周長閾值法，通過計(jì)算每次迭代步中有限元模型中所有單元與其相鄰單元的偽密度的差值的絕對值之和，記為總周長P ;給定周長閾值T，當(dāng)前后兩次迭代步的總周長P之差的絕對值小于周長閾值T時(shí)，則在當(dāng)前迭代步中禁用靈敏度過濾。該方法在避免拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可制造性變強(qiáng)。同時(shí)，可以減少拓?fù)鋬?yōu)化迭代步數(shù)，使結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法優(yōu)化迭代過程變簡單。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟 (a)建立拓?fù)鋬?yōu)化模型，設(shè)計(jì)域?yàn)檎麄€(gè)二維簡支梁，定義拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)域、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，設(shè)定周長閾值T。(b)通過有限元計(jì)算，得到單元靈敏度。(C)計(jì)算單元i與相鄰單元的周長Pi :
M= V [V, - Xi I( I )
m~\
式中，Xi為編號為i的單元的偽密度值，為編號為j的單元的偽密度值，單元Xi與單元\相鄰，M為與單元Xi相鄰的單元個(gè)數(shù)。計(jì)算模型所有單元的總周長P
權(quán)利要求
1.一種基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，其特征在于包括以下步驟 (a)建立拓?fù)鋬?yōu)化模型，設(shè)計(jì)域?yàn)檎麄€(gè)二維簡支梁，定義拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)域、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，設(shè)定周長閾值T ; (b)通過有限元計(jì)算，得到單元靈敏度； (c)計(jì)算單元i與相鄰單元的周長Pi
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，其特征在于所述二維簡支梁結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)小于O. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，其特征在于所述周長閾值T = O. 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，其特征在于所述單元總數(shù)η = 4800。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于周長閾值的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法，用于解決現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)靈敏度過濾方法中拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可制造性差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先建立拓?fù)鋬?yōu)化模型，再計(jì)算每次迭代步中有限元模型中所有單元與其相鄰單元的偽密度的差值的絕對值之和，記為總周長P；給定周長閾值T，當(dāng)前后兩次迭代步的總周長P之差的絕對值小于周長閾值T時(shí)，則在當(dāng)前迭代步中禁用靈敏度過濾。該方法在避免拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果出現(xiàn)棋盤格現(xiàn)象，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可制造性變強(qiáng)。同時(shí)，減少了拓?fù)鋬?yōu)化迭代步數(shù)，實(shí)施例中結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的所需的迭代步數(shù)由背景技術(shù)的119步收斂減少為75步收斂，減少了44步。
文檔編號G06F19/00GK102819679SQ201210270549
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者朱繼紅, 高歡歡, 谷小軍, 侯杰, 李軍朔, 張衛(wèi)紅 申請人:西北工業(yè)大學(xué)