基于周长阈值的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法技术

本发明专利技术公开了一种基于周长阈值的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法，用于解决现有的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法中拓扑优化设计结构可制造性差的技术问题。技术方案是首先建立拓扑优化模型，再计算每次迭代步中有限元模型中所有单元与其相邻单元的伪密度的差值的绝对值之和，记为总周长P；给定周长阈值T，当前后两次迭代步的总周长P之差的绝对值小于周长阈值T时，则在当前迭代步中禁用灵敏度过滤。该方法在避免拓扑优化结果出现棋盘格现象，拓扑优化设计结构可制造性变强。同时，减少了拓扑优化迭代步数，实施例中结构拓扑优化设计的所需的迭代步数由背景技术的119步收敛减少为75步收敛，减少了44步。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法，特别是涉及一种。
技术介绍
参照图I、图2。在航空航天、汽车制造等领域，为了满足结构轻量化设计需求，拓扑优化设计技术广泛应用于其零件结构设计中。由于连续结构进行有限元离散处理后数值解的非唯一性，不带附加约束的拓扑优化设计模型是一个病态问题，会出现棋盘格现象。导致最终拓扑优化设计结构可制造性降低，失去了拓扑优化设计技术的工程意义。文献 I “99 line topology optimization code written in Mat lab. Sigmun d,Structural and Multidisciplinary Optimization, 2001, vol. 21, pp. 120-127，，公开了一种基于灵敏度过滤技术的结构拓扑优化设计方法。通过有限元计算，得到设计目标值和单元灵敏度，对单元灵敏度进行灵敏度过滤，避免了在优化迭代结果出现棋盘格现象。文献 2 “Morphology-based black and white filters for topologyoptimization.Sigmund, Structural and Multidisciplinary Optimization,2007,vol. 33，pp. 401-424”公开了采用文献I中公开的灵敏度过滤方法优化简支梁的优化结果，该方法避免了优化迭代结果出现棋盘格现象，但优化迭代步数为119步，仍较多。文献公开的方法虽然通过灵敏度过滤方法避免了拓扑优化结果出现棋盘格现象，但是该方法增加了优化迭代步数，降低了拓扑优化的计算效率。
技术实现思路
为了克服现有的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法中拓扑优化设计结构可制造性差的不足，本专利技术提供一种。该方法采用周长阈值法，通过计算每次迭代步中有限元模型中所有单元与其相邻单元的伪密度的差值的绝对值之和，记为总周长P ;给定周长阈值T，当前后两次迭代步的总周长P之差的绝对值小于周长阈值T时，则在当前迭代步中禁用灵敏度过滤。该方法在避免拓扑优化结果出现棋盘格现象，拓扑优化设计结构可制造性变强。同时，可以减少拓扑优化迭代步数，使结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法优化迭代过程变简单。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，其特点是包括以下步骤 (a)建立拓扑优化模型，设计域为整个二维简支梁，定义拓扑优化的设计域、目标函数和约束条件，设定周长阈值T。(b)通过有限元计算，得到单元灵敏度。(C)计算单元i与相邻单元的周长Pi : M= V [V, - Xi I( I ) m~\式中，Xi为编号为i的单元的伪密度值，为编号为j的单元的伪密度值，单元Xi与单元\相邻，M为与单元Xi相邻的单元个数。计算模型所有单元的总周长P 权利要求1.一种，其特征在于包括以下步骤 (a)建立拓扑优化模型，设计域为整个二维简支梁，定义拓扑优化的设计域、目标函数和约束条件，设定周长阈值T ; (b)通过有限元计算，得到单元灵敏度； (c)计算单元i与相邻单元的周长Pi2.根据权利要求I所述的，其特征在于所述二维简支梁结构的体积分数小于O. 5。3.根据权利要求I所述的，其特征在于所述周长阈值T = O. 1mm。4.根据权利要求I所述的，其特征在于所述单元总数η = 4800。全文摘要本专利技术公开了一种，用于解决现有的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法中拓扑优化设计结构可制造性差的技术问题。技术方案是首先建立拓扑优化模型，再计算每次迭代步中有限元模型中所有单元与其相邻单元的伪密度的差值的绝对值之和，记为总周长P；给定周长阈值T，当前后两次迭代步的总周长P之差的绝对值小于周长阈值T时，则在当前迭代步中禁用灵敏度过滤。该方法在避免拓扑优化结果出现棋盘格现象，拓扑优化设计结构可制造性变强。同时，减少了拓扑优化迭代步数，实施例中结构拓扑优化设计的所需的迭代步数由
技术介绍
的119步收敛减少为75步收敛，减少了44步。文档编号G06F19/00GK102819679SQ201210270549公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日专利技术者朱继红, 高欢欢, 谷小军, 侯杰, 李军朔, 张卫红 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于周长阈值的结构拓扑优化设计灵敏度过滤方法，其特征在于包括以下步骤：（a）建立拓扑优化模型，设计域为整个二维简支梁，定义拓扑优化的设计域、目标函数和约束条件，设定周长阈值T；（b）通过有限元计算，得到单元灵敏度；（c）计算单元i与相邻单元的周长Pi：Pi=Σm=1M|xi-xj|---(1)式中，xi为编号为i的单元的伪密度值，xj为编号为j的单元的伪密度值，单元xi与单元xj相邻，M为与单元xi相邻的单元个数；计算模型所有单元的总周长P：P=Σi=1nPi---(2)式中，n为单元总数；（d）将优化迭代第k步的总周长与迭代第k？1步的总周长相减，得到两次迭代步的总周长之差的绝对值|△P|；当|△P|小于设定阈值T时，则从第k步开始到优化过程结束始终禁用灵敏度过滤；（e）采用优化准则法进行优化设计，得到二维简支梁的拓扑优化结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继红，高欢欢，谷小军，侯杰，李军朔，张卫红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：