CN118656909B 一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬态传热拓扑优化方法及系统 （哈尔滨理工大学）

章.一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬合线性搜索与信赖域寻优策略的内点法更新迭基于信赖域的移动渐进线法，更新迭代设计变2S101：在弱材料等几何背景网格上构建S102：构建桁架结构的等几何瞬态传热有限元S103：建立桁架结构瞬态热耗散效率最小化问S104：对获得的考虑瞬态效应的防热桁架步骤S102_1、基于能量等效原理，将杆单元的热步骤S102_2、利用广义Crank–Nicolson有限基于能量等效原理，将杆单元的热传导矩阵与热容矩阵扩散到弱材kia和分别为第i个杆单元向弱材料等几何背景网格投影获得的热传导与热将杆单元的热传导与热容扩散矩阵在弱材料等几何背景网格上装配TpTp代表弱材料等几何背景网格的全局热传导矩阵和热容矩阵，n为杆单元的t分别是弱材料等几何背景网格所有控制点在第t个时间步的温度时间导数根据稳定性条件，构造无条件稳定的广义Crank–Nicolson有3步骤S103_2、将原瞬态热耗散效率最小化问题转化式中：Δτ为时间增量步，为桁架结构瞬态热耗散对于瞬态传热优化问题，微分和离散的先后顺序可能会影响时域灵敏度的计算精度；2.根据权利要求1所述的基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬态传热拓扑优化方法，4为了有效控制移动渐进线函数m,(a;)对于Jj的估计精度，在中引入信赖域半3.一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构初始化模块，在等几何背景网格上建立桁架结构初始等几何有限元分析模块，应用等几何刚度扩散法得到桁架单阵，依据弱材料等几何背景网格对应的节点编号实施桁架结构热传导与热容矩阵的装配，5后处理模块，根据杆单元的截面与长度等参数的最4.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1_2中任一项所述的基于等几何6[0002]桁架式承力结构具有高比刚度和比强度等优良的力学性能，被广泛应用于火箭、[0003]面向桁架机构的布局优化问题，主要采用连续体结构的拓扑优化方法与基结构的非稳态传热特征，研究桁架结构在瞬态热载荷作用下的拓扑优化问题更符合实际应用，7满足收敛准则；[0017]本发明为一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬态传8[0023]图3为本发明一种基于等几何刚度扩散法的桁架结构瞬态传热拓扑优化系统的结[0032]图7中，(a)为本发明实施例1采用变密度法在热流载荷作用时间tf＝3s时的优化[0036]现有关于桁架类离散结构的研究工作是基于稳态热传导分析优化材料的导热路实现桁架结构热防护性能的拓扑优化(即布局优化)。下面结合附图阐述本发明的实现过和施加瞬态热流载荷，并初始化杆单元的节点位置和横截面积等设计变量以及算法参数：9kia和c:a分别为第i个杆单元向弱材料等几何背景网格投影获得的热传导与热容扩散矩阵，和G。a分别为第i个杆单元在全局坐标系下的单元热传导与热容矩ei[0047]结合杆单元与弱材料等几何[0060]采用无条件稳定的广义Crank–Nicolson有限差分方案求解桁架结构的等几何瞬iil在信赖域内的更新步长。(a,/as,)代表max[-2v,/0s,,0],和sil为sil的上限与下限值。构清晰的设计布局。一般选择Amin＝0.005Amax(最优布满足收敛准则；和施加瞬态热流载荷，并初始化杆单元的节点位置和横截面积等设计变量以及算法参数，与热容扩散矩阵，Eia和G。分别为第i个杆单元在全局坐标系下的单元热传导与热容矩ei[0134]结合杆单元与弱材料等几何背景材料等几何背景网格投影获得的热传导与热容扩散矩阵[0147]采用无条件稳定的广义Crank–Nicolson有限差分方案求解桁架结构的等几何瞬iil在信赖域内的更新步长。(av,/0s,)代表max[-d,/os,,0],和sil为sil的上限与下限值。构清晰的设计布局。选择Amin＝0.005Amax(最优布局中杆件的最大截面面积)、lmin=图5(b))时，桁架的分布受到方板四个角点处温度约束的影响，呈现对角径向发散分布模同边界条件和材料用量约束条件下，本发明方法和变密度法两种方法对于上述3种设计工