CN116049925B 面向建模-分析-优化一体化的组合薄壁元件结构自适应几何建模方法 （大连理工大学）

面向建模-分析-优化一体化的组合薄壁元MNFFD方法建立适用于组合薄壁元件结构等几何法建立适用于组合薄壁元件结构形状和加筋布从根本上解决了传统建模方法缺乏精确的拓扑一致性而导致薄壁元件间的间隙和重叠的建模采用MNFFD能够实现三维设计域到二维设计域的2步骤300：基于MNFFD方法，建立适用于组合薄壁元步骤101：利用基于NURBS的自由变形技术NFFD建立复杂薄壁结构组件的隐式表征关NURBS曲面或NURBS实体参数空间的方式，获得曲面上曲线以及实体中曲面的隐式几何定步骤102：根据步骤101中提及的两类映射关系，在原有的步骤201：基于等几何范式推导基于MNFFD映射模型的63[0002]组合薄壁元件结构(组合薄壁元件结构通常由两个或更多的简单薄壁元件组成，将物理域的边界扩展到具有简单几何结构的更大嵌入域，可以通过结构化网格进行离散。过框架场引导的全局参数化进行CAD嵌入的重新参数化。所获得的几何形状可用于设计和4[0005]采取同样思想的另一个方法是自由变形技术(FFD)，其基本思想是将对象嵌入到5义一个几何级数函数来表示各个筋条曲线控制点[0018]进一步的，所述的步骤202中，区域分解法包括惩罚方法、拉格朗日乘数方法和[0020]本发明提出了一种适用于组合薄壁元件结构的MNFFD几何建模方法，从根本上解决了传统建模方法缺乏精确的拓扑一致性而导致薄壁元件间的间隙和重叠的建模鲁棒性构的优化设计提供了一套一体化新工具，有望大幅提高产品设计精度、缩短研制周期。MNFFD中的多层嵌套复合样条结构体允许变形在薄壁元件之间相互传递，这不仅实现了三有复杂装配关系的组合薄壁元件结构的设计域解耦。[0021]本发明首先利用基于NURBS的自由变形技术(NFFD)建立复杂薄壁结构组件的隐式在多层和复合映射，提出了一种适用于多层装配关系的加筋薄壁结构的MNFFD隐式建模方法。隐式建模方法可以有效避免水密性问题，有利于提高基于MNFFD模型的建模与分析精用6自由度退化壳单元和6自由度退化梁单元，并在MNFFD建模的基础上为映射曲面和映射6嵌入在嵌入曲面的参数空间中的嵌入曲线；(c)为位于嵌入曲面的物理空间上的映射曲线[0026]图5为映射筋条几何信息示意图。其中，(a)为筋条在物理空7[0042]其中，表示嵌入曲线的NURBS基函数；eR"是与基函数相对应的控制点；…、n1表示ξ1方向上的控制点编2＝[0045]该定义确保曲线的任何点都在曲面上，如图1(c)所示。基于2D_NFFD的实体是ξ3是嵌入曲面在NURBS实体中的参82和i3＝,s表示3表示9单元公式需要基于映射的实体重新导出与几何参数相关的所有物理量。图4展示了映射壳[0059]映射壳单元的几何模型是基于3D_NFFD建模方法中的映射曲面建立，其原理是嵌[0067]位移矢量是根据控制点的平移位移{ui,vi,wi}T和旋转角度{αxi,αyi,αzi}Ty_z)中，[0071]对于映射的退化梁单元，MNFFD框架下的映射曲线包括单次映射曲线和双映射曲元改进为基于NURBS的筋条单元，并将原始的显式曲线替换为映射曲线，从经典的基于筋条单元最重要的是映射曲线局部坐标系下的方向向量，它直接决定了筋条截面的属性。NFFD自动传递到映射曲线，单次映射的6自由度退化筋条单元的位移矢量根据壳体的控制[0093]根据映射壳的控制变量和映射壳的法线方向定义了双映射6自由度退化筋条单元筋条曲线形状通过使用二次NURBS映射曲线来定义，每条曲线由至少三个控制点的位置表[0104]本实施例选择屋顶模型作为形状优化的示例，基于MNFFD几何建模方法开展壳体一的模型(四个红色控制点)需要设置为设计变量，包括控制点1的z方向坐标和权重(s1=≤1,件下，初始模型的位移分析结果见图11，初始模型的应变能为0.0124，位移的极值为22＝_1w1=[0117]本发明提出了一种适用于组合薄壁元件结构的MNFFD几何建模方法，从根本上解决了传统建模方法缺乏精确的拓扑一致性而导致薄壁元件间的间隙和重叠的建模鲁棒性构的优化设计提供了一套一体化新工具，有望大幅提高产品设计精度、缩短研制周期。MNFFD中的多层嵌套复合样条结构体允许变形在薄壁元件之间相互传递，这不仅实现了三有复杂装配关系的组合薄壁元件结构的设计域解耦。这些因素均使得基于MNFFD的薄壁结构几何建模在精细化和一体化设计方面相较于显式样条和离散网格具有更加明显的优势。