一种空中作业平台轻量化设计方法及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术公开了空中作业平台设计领域的一种空中作业平台轻量化设计方法及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术对空中作业平台轻量化设计遇到技术瓶颈且存在技术偏见的问题。其包括：各个载荷工况的单工况拓扑优化数学模型，获取单工况拓扑优化结果；基于所述单工况拓扑优化结果，求解多工况拓扑优化数学模型，得到初始拓扑构型；基于初始拓扑构型进行参数化建模并获取优化后的最终设计变量。本发明专利技术提供的空中作业平台轻量化设计方法在截面尺寸、厚度优化前研究托架初始拓扑构型，扩大了其优化空间及优化效果。化空间及优化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种空中作业平台轻量化设计方法及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及一种空中作业平台轻量化设计方法及计算机可读存储介质，属于作业平台结构设计


技术介绍

[0002]空中作业平台轻量化设计在作业平台结构设计的地位日益提高，但目前业界存在技术偏见，通常认为针对臂架结构进行轻量化研究才能有效的进行轻量化设计，考虑到安全强度问题，不会针对空中作业平台进行轻量化设计，所以当前对于空中作业平台轻量化的研究主要集中在臂架结构，但臂架结构轻量化设计的可挖掘空间走到尽头，同时，传统的连续体结构的拓扑优化愈发难以满足业界对多学科多目标的结构优化的需求。业界迫切需要一套新的空中作业平台轻量化设计方法。
[0003]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可对空中作业平台托架进行多级多目标优化的空中作业平台轻量化设计方法及计算机可读存储介质。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，一种空中作业平台轻量化设计方法，包括：
[0007]以设计区域的单元密度作为设计变量、体积约束和挤压约束为约束条件、以结构柔度最小为优化目标，求解各个载荷工况的单工况拓扑优化数学模型，获取单工况拓扑优化结果；
[0008]基于所述单工况拓扑优化结果，构建并求解满足各个所述单工况目标函数的帕雷托解的多工况拓扑优化数学模型，确定所述空中作业平台托架的初始拓扑构型；
[0009]根据所述初始拓扑构型进行参数化建模，并基于参数化建模结果确定一个或多个与托架性能需求最相关的最终设计变量；
[0010]根据预确定的约束条件和优化目标，对最终设计变量进行优化求解，获取优化后的最终设计变量。
[0011]第一方面，进一步的，所述单工况拓扑优化数学模型如下：
[0012]设计变量：x
e
＝{x1,x2...,x
N
}
T
∈Ω
[0013]优化目标：
[0014]约束条件：V
*
≤0.3V
[0015]F＝KU
[0016]0<x
min
≤x
e
≤1
[0017]式中，x
e
为设计区域的单元密度，x
N
为设计区域内第N个单元的单元密度，N为设计
区域的单元数量，T为行列式转置符号，Ω为设计区域，C(x
e
)为结构柔度并使用应变能进行定义，F为载荷工况载荷向量，U为载荷工况位移向量，E
min
为无效单元的弹性模量，p为惩罚因子，为以惩罚因子p为指数的设计区域的单元密度，E0为初始单元的弹性模量，k0为初始单元刚度，u
e
为材料单元的位移矩阵，V
*
为单工况优化后的托架体积，V为优化前托架的初始体积；K为刚度矩阵，x
min
无效单元的单元密度，e代表单元序号，e＝1,2,
…
,N。
[0018]第一方面，进一步的，所述多工况拓扑优化数学模型如下：
[0019]设计变量：x
e
＝{x1,x2...,x
N
}
T
∈Ω
[0020]优化目标：
[0021]约束条件：V
**
≤0.3V
[0022]0<x
min
≤x
e
≤1
[0023]式中，x
e
为设计区域的单元密度，N表示设计区域的单元数量，Ω为设计区域，T为行列式转置符号，C(α)为各个单工况目标函数合成的多工况目标函数，n为载荷工况数量，ω
k
代表第k种载荷工况的权重系数，C
k
(ρ)为托架在第k种载荷工况下的结构柔度，C
kmin
为第k种载荷工况优化后结构柔度最小值，C
kmax
为第k种载荷工况优化后结构柔度最大值，V
**
为多工况优化后的托架体积，V为优化前托架的初始体积，x
min
为无效单元的单元密度；e代表单元序号，e＝1,2,
…
,N。
[0024]第一方面，进一步的，所述根据所述初始拓扑构型进行参数化建模，基于参数化建模结果确定一个或多个与托架性能需求最相关的最终设计变量，包括：
[0025]基于网格变形技术，根据所述初始拓扑构型进行参数化建模；
[0026]根据托架性能需求选取不同的托架几何特征作为托架设计变量；
[0027]采用正交试验从所选取的托架设计变量中筛选出一个或多个与托架性能需求最相关的托架几何特征，将所筛选的托架几何特征确定为最终设计变量。
[0028]第一方面，进一步的，所述最终设计变量包括托架截面尺寸和厚度。
[0029]第一方面，进一步的，根据预确定的约束条件和优化目标，对最终设计变量进行优化求解，获取优化后的最终设计变量，包括：
[0030]基于所确定的最终设计变量构建响应面模型；
[0031]根据预确定的约束条件构建最终设计变量的优化模型；
[0032]基于所述响应面模型，求解所述最终设计变量的优化模型，获取优化后的最终设计变量。
[0033]第一方面，进一步的，所述最终设计变量的优化模型为：
[0034]设计变量：t
i
,w,h
[0035]优化目标：
[0036]约束条件：t
a
≤t
i
≤t
b
[0037]w
c
≤w≤w
d
[0038]h
e
≤h≤h
f
[0039][0040][0041][0042]其中，M为托架待优化部件的总质量，n'为托架待优化部件数量，m
i
为第i种托架待优化部件的质量，t
i
表示第i种托架待优化部件的厚度，t
a
为托架待优化部件的厚度最小值，t
b
托架待优化部件的厚度的最大值，w为托架待优化部件的宽度，w
c
为托架待优化部件的宽度最小值，w
d
为托架待优化部件的宽度最大值，h为托架待优化部件的高度，h
e
为托架待优化部件的高度最小值，h
f
为托架待优化部件的高度最大值，dlt
j
为不同载荷工况下侧门立柱锁舌位移，为侧门立柱锁舌许用位移，dls
j
为不同载荷工况下左传感器位移，为左传感器许用位移，drs
j
为不同载荷工况下右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空中作业平台轻量化设计方法，其特征是，包括：以设计区域的单元密度作为设计变量、体积约束和挤压约束为约束条件、以结构柔度最小为优化目标，求解各个载荷工况的单工况拓扑优化数学模型，获取单工况拓扑优化结果；基于所述单工况拓扑优化结果，构建并求解满足各个所述单工况目标函数的帕雷托解的多工况拓扑优化数学模型，确定所述空中作业平台托架的初始拓扑构型；根据所述初始拓扑构型进行参数化建模，并基于参数化建模结果确定一个或多个与托架性能需求最相关的最终设计变量；根据预确定的约束条件和优化目标，对最终设计变量进行优化求解，获取优化后的最终设计变量。2.根据权利要求1所述的空中作业平台轻量化设计方法，其特征是，所述单工况拓扑优化数学模型如下：设计变量：x
e
＝{x1,x2...,x
N
}
T
∈Ω优化目标：约束条件：V
*
≤0.3VF＝KU0<x
min
≤x
e
≤1式中，x
e
为设计区域的单元密度，x
N
为设计区域内第N个单元的单元密度，N为设计区域的单元数量，T为行列式转置符号，Ω为设计区域，C(x
e
)为结构柔度并使用应变能进行定义，F为载荷工况载荷向量，U为载荷工况位移向量，E
min
为无效单元的弹性模量，p为惩罚因子，为以惩罚因子p为指数的设计区域的单元密度，E0为初始单元的弹性模量，k0为初始单元刚度，u
e
为材料单元的位移矩阵，V
*
为单工况优化后的托架体积，V为优化前托架的初始体积；K为刚度矩阵，x
min
无效单元的单元密度，e代表单元序号，e＝1,2,
…
,N。3.根据权利要求1所述的空中作业平台轻量化设计方法，其特征是，所述多工况拓扑优化数学模型如下：设计变量：x
e
＝{x1,x2...,x
N
}
T
∈Ω优化目标：约束条件：V
**
≤0.3V0<x
min
≤x
e
≤1式中，x
e
为设计区域的单元密度，N表示设计区域的单元数量，Ω为设计区域，T为行列式转置符号，C(α)为各个单工况目标函数合成的多工况目标函数，n为载荷工况数量，ω
k
代表第k种载荷工况的权重系数，C
k
(ρ)为托架在第k种载荷工况下的结构柔度，C
kmin
为第k种载荷工况优化后结构柔度最小值，C
kmax
为第k种载荷工况优化后结构柔度最大值，V
**
为多工况优化后的托架体积，V为优化前托架的初始体积，x
min
为无效单元的单元密度；e代表单元序号，e＝1,2,
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李稳，韩志光，段利斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：