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专利号: 2020101313263
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1:定义初始设计域,载荷和边界条件,设定非劣解控制阈值,进化率和收敛状态控制阈值及相关参数,利用Ansys建立有限元模型并离散结构;

S2:选择所有活单元进行有限元分析;

S3:进行静力分析,计算单元的应变能灵敏度,然后进行模态分析,利用Matlab对模态分析结果进行处理,计算单元的频率灵敏度,将数据返回Ansys中;

S4:对频率灵敏度和应变能灵敏度进行归一化无量纲处理,计算多目标优化灵敏度;

S5:根据设置的筛选参数筛选劣等单元并删除;

S6:对下一次迭代的删除率进行计算;

S7:重复循环S3~S6步,直到结构满足收敛准则。

2.如权利要求1所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,在步骤S3中,计算单元的应变能灵敏度的具体方法为:根据结构静力平衡方程和结构整体推导的应变能灵敏度表示为:其中,Ki为第i号单元的刚度矩阵,ui为第i号单元的位移向量,Ci为第i号单元的应变能,ΔC为每次优化迭代后获得的新结构的整体应变能,p为整体节点荷载向量,ui为i单元位移向量,V为当前设计域的总体积。

3.如权利要求2所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,在步骤S3中,计算单元的频率灵敏度的具体方法为:式中:ki和mi分别是被移除单元的单元刚度矩阵和单元质量矩阵, 是被移除单元的特征向量, 为结构移除某一个单元时,对整体结构的频率改变量, 为固有频率ωj和 通过瑞利商相互关联, 为移除某个单元引起的频率变化量, 为被移除单元特征向量。

4.如权利要求3所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,步骤S4的具体方法为:灵敏度无量纲化处理如下式:

式中:Ui(x)代表无量纲处理之后的各个目标函数的新灵敏度值,A(xi)代表各个目标函数的灵敏度,Amin与Amax代表单目标函数中各自的最小值和最大值,在单目标灵敏度无量纲处理之后,可以再利用理想点法中的线性加权法构造新的灵敏度,如下式:式中:G(x)是通过静动力灵敏度线性加权后获得归一化灵敏度,w1和w2分别代表静刚度权重系数和动刚度权重系数,两值总和为1,c(χi)为单目标的静力灵敏度,cmin为单目标的静力灵敏度最小值,cmax为单目标的静力灵敏度最大值,α(χi)为单目标的动力灵敏度,αmin为单目标的动力灵敏度最小值,αmax为单目标的动力灵敏度最大值。

5.如权利要求4所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,步骤S5的具体方法为:在完成归一化灵敏度计算之后,按下式计算优解筛选值αj:

式中:μ*非劣解控制阈值,若归一化灵敏度小于优解筛选值则判定单元为劣解,劣等单元数量用nei表示,所有单元数量用nel表示。

6.如权利要求5所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,步骤S6的具体方法为:采用自适应单元删除准则,将删除单元的数量控制在下列三种情况:式中:μ′代表新的删除率,ER表示进化率,n表示单元数量控制值。

7.如权利要求6所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,步骤S7中满足收敛准则的判定方法为:为了评价结构每代的优劣以及判定最优结构,定义了以下的PI*值和FI*作为优化结果的性能评价指标,所述PI*值和FI*值为收敛状态控制阈值:式中:C0和V0表示初始的总应变能和体积,Ci和Vi表示第i次迭代后的总应变能和体积,ωi代表当次迭代的一阶圆频率,ω0代表初始域的一阶圆频率。

8.如权利要求7所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,所述PI*值的取值范围为0.9~0.95。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,所述混凝土构件为深受弯构件。

10.如权利要求9所述的一种混凝土构件设计的静动力多目标拓扑演化方法,其特征在于,所述深受弯构件为深梁或短梁。