【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數據處理，尤其涉及一種復合結構的切口優化方法及設備。
技術介紹
1、可展開帶切口復合材料薄壁殼(deployable?composite?thin-walled?shellwith?cutouts，dctws)結構因其在展開時能夠緊湊折疊同時保持足夠的剛度而廣泛應用于空間應用。這些結構通常在薄層層壓板中具有切口，以防止材料失效，使得切口設計對于優化dctws性能至關重要。材料安全性、展開驅動能力、抗變形能力和屈曲穩定性等分別是該結構折疊、展開和承載工況下的重要力學性能指標，并且受到了切口的數量、尺寸和形狀的顯著影響。
2、然而，現有大多數研究都集中在切口尺寸或形狀的參數調整上，缺少針對編織復合材料殼單元的有效理論，尤其是缺少對材料破壞約束和屈曲穩定性的靈敏度的考慮，無法大幅提高折疊和展開性能，容易增加失效的風險，優化效果不佳。
技術實現思路
1、為了克服上述技術缺陷，本專利技術的目的在于提供一種復合結構的切口優化方法及設備，解決現有復合結構的切口優化大多僅依賴人工考慮切口表面的形狀參數，優化結果精度不夠高，效果不佳的問題。
2、本專利技術公開了一種復合結構的切口優化方法，包括：
3、獲取初始結構參數，且預先定義結構上的初始切口設計域和目標優化參數，其中，所述目標優化參數包括彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數；
4、將所述初始切口設計域劃分為若干個單元，基于所述初始結構參數分別建立第一有限元模型和第二有限元模型；其中所述第一
5、基于各個單元對應各個目標優化參數的靈敏度建立目標優化函數和約束條件；
6、根據所述目標優化函數和約束條件在雙向漸進結構優化模型下對所述初始切口設計域進行單元增減以迭代優化，生成目標切口設計域。
7、優選地，建立目標優化函數和約束條件前，包括：
8、對各個單元對應的彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數的靈敏度進行歸一化，再加權以生成各個單元對應的總靈敏度，其中，所述總靈敏度與彎曲剛度和失效指數的靈敏度呈正相關，與臨界屈曲載荷的靈敏度呈負相關。
9、優選地，根據所述初始結構參數獲取全局剛度矩陣、應力剛度矩陣和全局機械載荷向量；
10、采用所述第一有限元模型生成各個單元對應的非線性折疊分析獲取的全局位移向量；
11、采用所述第二有限元模型生成各個單元對應的線性屈曲分析獲取的全局位移向量；
12、所述目標優化函數和約束條件包括：
13、
14、受制于：x＝{xe}；xe＝0或1；
15、ku＝f&(k-λ1kσ)um＝0；
16、fimax(x)<1；
17、
18、其中，t(x)為總靈敏度；w1、w2、w3分別為彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數的權重；分別為歸一化后的彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數的靈敏度；xe為任一單元，xe＝0則該單元被刪除，xe＝1則該單元被保留，n為單元總數；k為全局剛度矩陣；kσ為應力剛度矩陣；f為全局機械載荷向量；u為非線性折疊分析獲取的全局位移向量；um為線性屈曲分析獲取的全局位移向量。
19、優選地，通過調整彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數的權重，對所述初始切口設計域進行基于單目標參數的優化或基于多目標參數的優化。
20、優選地，對所述初始切口設計進行基于單目標參數的優化，包括：
21、設置彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數中任一權重為1，另兩個權重為0；
22、根據所述目標優化函數和約束條件在雙向漸進結構優化模型下對所述初始切口設計域進行迭代優化，生成目標切口設計域。
23、優選地，對所述初始切口設計進行基于多目標參數的優化，包括：
24、將彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數的各個權重在0～1之間以預設步幅進行動態調整，在雙向漸進結構優化模型下進行迭代優化，以獲得滿足所述目標優化函數和約束條件的若干個目標切口設計域；
25、和/或，根據預設條件獲取唯一目標切口設計域。
26、優選地，獲取滿足所述目標優化函數和約束條件的目標切口設計域并以彎曲剛度為x軸、臨界屈曲載荷為y軸建立分布示意圖；
27、在所述分布示意圖中以理想點法確定唯一的目標切口設計域。
28、優選地，所述第一有限元模型確定各個單元對應的彎曲剛度和失效指數的靈敏度，包括：
29、根據下式確定彎曲剛度的靈敏度：
30、其中為柔順度的靈敏度，與彎曲剛度的靈敏度呈線性相關；p為預設懲罰指數；xe為任一單元；ee為非線性折疊分析下第e個單元的單元應變能；
31、根據下式確定失效指數的靈敏度：
32、其中為第e個單元質心處的失效指數；ne(xe)為基于所述初始結構參數確定各個應力分量；p為失效指數范數參數。
33、優選地，所述第二有限元模型確定各個單元對應的臨界屈曲載荷的靈敏度，包括：
34、根據下式確定臨界屈曲載荷的靈敏度：
35、其中，ee,m為線性屈曲分析第e個單元的單元應變能；xmin、p為預設值。
36、本專利技術還提供一種計算機設備，所述計算機設備包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述切口優化方法的步驟。
37、采用了上述技術方案后，與現有技術相比，具有以下有益效果：
38、本申請提供的復合結構的切口優化方法及設備，基于beso模型和有限元建模，對結構劃分為多個單元，預定初始切口設計域(拓撲)通過兩個有限元模型分別來模擬結構的準靜態非線性折疊行為和線性屈曲模式，獲得各個單元在各彎曲剛度、臨界屈曲載荷方面上的靈敏度，引入失效指數來估計材料失效，由此建立目標優化函數和約束條件進行基于初始切口設計域的單元增減，實現對切口的迭代優化，考慮切口對這些結構的折疊、展開和承載性能的深度影響，解決現有復合結構的切口優化大多僅考慮剪切后切口表面的形狀參數，優化結果精度不夠，對于結構性能提升效果不佳的問題；進一步還可設置權重調整各個目標優化參數對優化過程的影響，通過線性加權聚合集成了彎曲剛度、臨界屈曲載荷和失效指數，由此提高優化效果和優化效率。
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1.一種復合結構的切口優化方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于，建立目標優化函數和約束條件前，包括：
3.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于：
4.根據權利要求2或3所述的切口優化方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的切口優化方法，其特征在于，對所述初始切口設計進行基于單目標參數的優化，包括：
6.根據權利要求4所述的切口優化方法，其特征在于，對所述初始切口設計進行基于多目標參數的優化，包括：
7.根據權利要求6所述的切口優化方法，其特征在于：
8.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于，所述第一有限元模型確定各個單元對應的彎曲剛度和失效指數的靈敏度，包括：
9.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于，所述第二有限元模型確定各個單元對應的臨界屈曲載荷的靈敏度，包括：
10.一種計算機設備，其特征在于：所述計算機設備包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序
...【技術特征摘要】
1.一種復合結構的切口優化方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于，建立目標優化函數和約束條件前，包括：
3.根據權利要求1所述的切口優化方法，其特征在于：
4.根據權利要求2或3所述的切口優化方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的切口優化方法，其特征在于，對所述初始切口設計進行基于單目標參數的優化，包括：
6.根據權利要求4所述的切口優化方法，其特征在于，對所述初始切口設計進行基于多目標參數的優化，包括：
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