【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數字化設計相關，尤其涉及一種多維梯度結構自動化設計方法及裝置。
技術介紹
1、功能梯度材料是一種新型復合材料，其組成和結構從一端到另一端連續變化，使得材料的性能也隨之梯度變化。功能梯度材料因其優異的異能，被廣泛應用于航空航天、能源動力、生物醫療等領域。隨著國防安全、航空航天和高端制造領域中關鍵材料服役可靠性和安全性的提升，亟需梯度材料在不同應力、應變率下的動態物性數據。國內外獲得材料這種動態物性數據的方法主要是多級輕氣炮加載技術，這種加載技術的核心之一為梯度材料的可控加載。在動高壓領域，通過加載一種帶有密度梯度結構的圓盤，可實現其內部的波阻抗（材料密度與聲速的乘積）梯度，以控制沖擊波的傳播，達到可控加載的目的。
2、公告號為cn114756934b的中國專利公開了一種三維多尺度超材料結構優化設計方法，包括以下步驟：根據設計要求構造出參數化超材料點陣結構，提取控制參數為設計變量，對其進行宏觀預測，完成參數化插值模型的建立，建立實體模型，對結構設計域進行劃分，施加邊界條件和外力載荷，完成有限元模型的建立，基于有限元分析獲取宏觀結構和微觀單元的位移場，并通過構建三維多尺度超材料結構協同優化模型，對宏觀尺度及微觀尺度中的設計變量進行靈敏度分析，并迭代更新宏觀尺度及微觀尺度中的設計變量，從而確定三維多尺度超材料結構的最優布局。上述方案并未充分解決結構在力學響應穩定方面存在的問題，也無法通過結構參數的變化調控結構難以直觀獲得阻抗的變化，因此，提供一種多維梯度結構自動化設計方法及裝置，來控制多維梯度結構密度分布的可控
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提出了一種多維梯度結構自動化設計方法及裝置。通過構建多維梯度結構模型，并將其劃分為軸向、徑向和周向均滿足多維梯度分布條件的等體積分布塊，并在有限元分析中精確模擬多維梯度結構在加載過程中的行為，實現了通過控制多維梯度結構的密度分布的可控加載。
2、本專利技術提供了一種多維梯度結構自動化設計方法，所述方法包括：
3、構建多維梯度結構模型，以所述多維梯度結構模型的底面中心作為坐標原點，將所述多維梯度結構模型劃分為多個等體積的分布塊，其中，所述分布塊的密度在軸向、徑向以及周向均滿足多維梯度分布條件；
4、將進行分布塊劃分后的多維梯度結構模型導入有限元處理模塊中，以生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件；
5、將所有有限元輸入文件輸入ls-dyna求解器中進行批量計算，獲得每個多維梯度結構模型在加載過程中的結構響應數據文件，對所述多維梯度結構模型的邊側波形進行調控，以實現多維梯度結構自動化設計，其中，所述結構響應數據文件包括網格節點的粒子速度曲線和應變率曲線。
6、在以上技術方案的基礎上，優選的，所述將所述多維度結構模型劃分為多個等體積的分布塊，具體包括：
7、將所述多維梯度結構模型分別沿著水平方向、圓心垂直方向、以及同心圓方向進行多次切割，以獲取多個等體積的分布塊。
8、在以上技術方案的基礎上，優選的，所述分布塊的體積表達式為：
9、
10、其中， v3表示分布塊的體積， r j表示所述多維梯度結構模型沿著同心圓方向進行切割時第 j個同心圓的半徑， h表示所述多維梯度結構模型的高度， n表示所述多維梯度結構模型沿著水平方向等距切割的次數， m表示所述多維梯度結構模型沿著圓心垂直方向切割的次數。
11、更進一步優選的，所述多維梯度結構模型的密度表達式為：
12、
13、
14、
15、
16、其中， f1( x)表示所述多維梯度分布條件中的冪函數， ρ1表示第一種材料的密度，δ ρ表示第一種材料和第二種材料的密度之差， a表示所述多維梯度分布條件的特征尺度， f2( x)表示所述多維梯度分布條件中的指數函數， c表示隨機參數組， f3( x)表示所述多維梯度分布條件中的三角函數， f1( r)表示所述多維梯度分布條件中的冪函數、指數函數以及三角函數中的任意一種， f2( θ)表示所述多維梯度分布條件中的冪函數、指數函數以及三角函數中的任意一種， f3( h)表示所述多維梯度分布條件中的冪函數或指數函數， r表示所述多維梯度結構模型中任意一點對應的半徑， θ表示所述多維梯度結構模型中任意一點對應的旋轉角， h表示所述多維梯度結構模型中任意一點對應的高度。
17、更進一步優選的，所述生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件，具體包括：
18、獲取每個分布塊的空間坐標，并根據所述多維梯度分布條件、空間坐標以及隨機參數組，計算出每個分布塊的密度值；
19、將每個分布塊的密度值和空間坐標保存至文本文件中，并將文本文件中的密度值批量替換到有限元輸入文件中，以生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件。
20、更進一步優選的，所述生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件，具體包括：
21、獲取每個分布塊的空間坐標，并根據所述多維梯度分布條件、空間坐標以及隨機參數組，計算出每個分布塊的密度值；
22、將每個分布塊的密度值和空間坐標保存至文本文件中，并將文本文件中的密度值批量替換到有限元輸入文件中，以生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件。
23、更進一步優選的，所述隨機參數組包括所述多維梯度分布條件中冪函數對應取值范圍中的第一隨機種子值及所述多維梯度分布條件中指數函數和三角函數對應取值范圍中的第二隨機種子值。
24、更進一步優選的，所述有限元輸入文件包括所述多維梯度結構模型的網格節點、材料屬性、邊界條件、載荷以及分析控制參。
25、在本申請的第二方面提供了一種多維梯度結構自動化設計裝置，所述多維梯度結構自動化設計裝置包括結構切分模塊、梯度輸出模塊以及模型優化模塊，其中，
26、所述結構切分模塊用于構建多維梯度結構模型，以所述多維梯度結構模型的底面中心作為坐標原點，將所述多維梯度結構模型劃分為多個等體積的分布塊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多維梯度結構自動化設計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述多維度結構模型劃分為多個等體積的分布塊，具體包括：
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述分布塊的體積表達式為：
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多維梯度結構結構模型的密度表達式為：
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件，具體包括：
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述有限元處理模塊包括參數添加單元、網格劃分單元以及文件生成單元，其中，
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述隨機參數組包括所述多維梯度分布條件中冪函數對應取值范圍中的第一隨機種子值及所述多維梯度分布條件中指數函數和三角函數對應取值范圍中的第二隨機種子值。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述有限元輸入文件包括所述多維梯度結構模型的網格節點、材料屬性、邊界條件、載荷參數以及分析控制參數。
9.一種多維梯度結構自動化設計裝置，
10.一種電子設備，其特征在于，包括處理器(21)、存儲器(25)、用戶接口(23)及網絡接口(24)，所述存儲器(25)用于存儲指令，所述用戶接口(23)和網絡接口(24)用于給其他設備通信，所述處理器(21)用于執行所述存儲器(25)中存儲的指令，以使所述電子設備(2)執行如權利要求1-8任意一項所述的方法。
...【技術特征摘要】
1.一種多維梯度結構自動化設計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述多維度結構模型劃分為多個等體積的分布塊，具體包括：
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述分布塊的體積表達式為：
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多維梯度結構結構模型的密度表達式為：
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成具有不同密度梯度分布的有限元輸入文件，具體包括：
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述有限元處理模塊包括參數添加單元、網格劃分單元以及文件生成單元，其中，
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述隨機參數組包括所述多維梯度分布條件中冪函數對應取值范圍中的第一隨機種子值及所述多...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅國強，張藝煒，武子祺，黃亞輝，郭成成，張睿智，張建，沈強，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：
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