【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阻尼材料拓扑优化，特别涉及基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法。
技术介绍
1、在当代工程实践中，尤其是汽车、土木工程等领域，有效减缓和控制由外界激励力引发的振动问题，对于提升结构性能、增强稳定性及改善噪声控制至关重要。鉴于现有结构的刚度往往难以调整，增加阻尼成为了改善振动特性的一种有效途径。然而，单纯增加阻尼材料会带来额外重量和成本负担，因此，如何优化阻尼材料的结构布局以实现轻量化和成本效益最大化，成为了工程学界关注的重点。
2、因此，本专利技术提供了基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法，该方法能够有效优化阻尼材料的布局，以减轻重量并维持高效的减振效果。
2、本专利技术提供了基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法，包括：
3、s1：根据板壳结构确定阻尼材料设置范围生成边界条件，对所述板壳结构进行受力分析确定所述阻尼材料设置范围的阻尼特征信息生成载荷条件；
4、s2：将所述阻尼材料设置范围划分为若干个单位面积，根据所述阻尼特征信息分析每一所述单位面积对应的受力比值生成约束条件；
5、s3：根据所述边界条件和所述载荷条件建立有限元模型，根据所述约束条件在所述有限元模型中构建每一单位面积对应的初始单位密度；
6、s4：在规定密度范围内分别对每一所述初始单位密度进行simp迭代优化，生成所述阻尼材料设置范围的最优阻尼材料布局，绘制
7、在一种可实施的方式中，
8、所述s4，包括：
9、s41：根据每一所述单位面积对应的初始单位密度生成所述阻尼材料设置范围的刚度矩阵，分析所述刚度矩阵对应的位移值，根据所述有限元模型建立所述阻尼材料设置范围的拓扑优化响应；
10、s42：根据所述规定密度范围确定每一所述初始单位密度对应的可调节密度值，将所述可调节密度值进行组合生成优化密度分布，将所述优化密度分布输入到所述刚度矩阵中进行位移值分析得到位移值；
11、s43：利用所述拓扑优化响应对所述位移值进行收敛分析，当所述位移值处于收敛状态时根据所述优化密度分布成所述阻尼材料设置范围的最优阻尼材料布局，反之，将所述可调节密度值进行组合，生成迭代密度分布进行位移值分析，直到所述位移值符合预设收敛阈值为止；
12、s44：当所述位移值呈现收敛时，根据对应的当前迭代密度分布，生成所述阻尼材料设置范围的最优阻尼材料布局，绘制拓扑密度云图并进行显示。
13、在一种可实施的方式中，
14、对所述板壳结构进行受力分析的过程，包括：
15、根据公式（1）分析所述板壳结构的振动激励特征；
16、（1）
17、其中，表示所述板壳结构的振动激励特征，表示所述板壳结构的n维质量，表示所述板壳结构的初始阻尼，表示所述板壳结构的刚度特征，表示所述板壳结构的位移特征方程，表示所述板壳结构的速度特征方程，表示所述板壳结构的加速度特征方程，表示时长；
18、根据公式（2）分析所述板壳结构的频率响应特征；
19、（2）
20、其中，表示所述板壳结构的频率响应特征表示所述板壳结构的振幅特征方程；
21、根据公式（1）确定所述板壳结构的振动激励特征，根据公式（2）确定所述板壳结构的频率响应特征；
22、根据所述振动激励特征和所述频率响应特征确定所述板壳结构的外力受压信息，根据所述外力受压信息确定所述板壳结构中每一结构位置对应的受力值。
23、在一种可实施的方式中，
24、根据所述边界条件和所述载荷条件建立有限元模型的过程，包括：
25、在optistruct中根据所述边界条件构建模型网格；
26、构建所述荷载条件确定所述模型网格中包含的若干个载荷激励点；
27、获取所述板壳结构的频率响应特征，根据所述频率响应特征构建单位幅频曲线，利用所述单位幅频曲线分析所述模型网格中每一所述荷载激励点对应的频率区间；
28、分别识别每一所述载荷激励点对应的实时频率响应；
29、根据所述模型网格中每一所述载荷激励点对应的实时频率响应构建所述板壳结构的频响函数曲线；
30、将所述载荷激励点分布布置在所述模型网格中，利用所述频响函数曲线对所述模型网格进行振动渲染，生成有限元模型。
31、在一种可实施的方式中，
32、还包括：
33、在进行s1前，根据公式（3）、（4）分析每一阻尼材料的弹性模量和阻尼密度；
34、（3）
35、（4）
36、其中，表示所述阻尼材料的弹性模量，表示所述阻尼材料的阻尼密度，表示为了避免影响计算式矩阵出现奇异的弹性模量优化矩阵，通常设置为0.001，表示为了避免影响计算式矩阵出现奇异的阻尼密度优化矩阵，通常设置为0.001，q表示惩罚因子，通常设置为3；
37、根据公式（3）、（4）的计算结果分析所述阻尼材料的弹性范围和阻尼范围；
38、在进行s1前，根据所述板壳结构的基本参数选取相应的目标阻尼材料。
39、在一种可实施的方式中，
40、生成所述阻尼材料设置范围的最优阻尼材料布局的过程，包括：
41、根据所述有限元模型将所述阻尼材料设置范围划分为若干个单位网格，根据所述单位网格的规格利用公式（5）建立simp数学优化模型；
42、（5）
43、其中，x表示固定变量向量，表示优化响应体积比，表示第i个所述单位网格的面积，示第i个所述单位网格的厚度，表示第i个单位网格的体积，表示频响幅值，表示模态权值，表示优化模态的设置阶数，表示频响位移，和分别表示优化前后的第i阶模态频率，和分别表示归一化处理后的第i阶模态频率的上下限，和分别表示优化设计的最小值和最大值，分别取值为0.001和1；
44、根据所述规定密度范围建立迭代范围条件，分别将每一所述单元网格输入到所述simp数学优化模型，根据所述迭代范围条件分别对每一所述单元网格进行迭代优化，得到每一单位网格对应的优化阻尼材料密度；
45、根据每一所述单位网格对应的优化阻尼材料密度，确定所述板壳结构的最优阻尼材料布局。
46、在一种可实施的方式中，
47、得到每一单位网格对应的优化阻尼材料密度的过程，包括：
48、根据所述载荷条件筛选所述板壳结构的激励力高于预设激励力的载荷激励点；
49、选取若干个符合所述约束条件的迭代优化结果，分别在每一迭代优化结果获取所述载荷激励点对应的位移响应值；
50、根据所述位移响应值生成对应迭代优化结构的响应约束条件；
51、将所述响应约束条件反馈到所述simp数学优化模型中进行位移优化，得到若干个材料布局本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，对所述板壳结构进行受力分析的过程，包括：
3.如权利要求1所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，根据所述边界条件和所述载荷条件建立有限元模型的过程，包括：
4.如权利要求1所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，还包括：
5.如权利要求1所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，生成所述阻尼材料设置范围的最优阻尼材料布局的过程，包括：
6.如权利要求5所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，得到每一单位网格对应的优化阻尼材料密度的过程，包括：
7.如权利要求1所述的基于SIMP的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，还包括：
【技术特征摘要】
1.基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，对所述板壳结构进行受力分析的过程，包括：
3.如权利要求1所述的基于simp的阻尼材料拓扑优化设计方法，其特征在于，根据所述边界条件和所述载荷条件建立有限元模型的过程，包括：
4.如权利要求1所述的基于simp的阻尼材料拓扑优化设计...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭敬耀，卢冠兴，曾祥坤，王伟忠，丁涵，韦兆恒，
申请(专利权)人：广东邦达实业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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