1.一种高速轻载机构非线性动态系统结构拓扑优化方法,其特征在于,包括以下步骤:a.建立含有运动学自由度的非线性有限元模型;
b.任选机构运动过程中的某一位形作为静态机构进行拓扑优化设计;
c.分析b步骤所得拓扑优化设计结果,确定获得合适拓扑优化设计结果所需的最小迭代次数iters_min;
d.对a步骤中建立的非线性有限元模型进行非线性动力学分析,获得模型在各时间步上的刚度与位移信息;
e.根据d步骤获取的各时间步上的刚度与位移信息,计算获得多时间步上的等效静态载荷;
f.根据结构优化模型,以e步骤获取的等效静态载荷集合作为优化模型参数进行步长搜索,将步长搜索次数iters传递至后续步骤进行优化循环控制;
g.比较f步骤中的步长搜索次数iters和c步骤中获得的最小迭代次数iters_min;若iters≥iters_min,则直接将f步骤中经iters步搜索后的新结构设计变量传递至后续步骤进行结构设计更新;若iters
h.利用通过g步骤判定条件的新机构设计变量对非线性有限元模型进行更新设计,获得更新设计后的有限元模型;
i.对h步骤中获得有限元模型依次进行d-e步骤的操作,获得更新后的有限元模型多时间步上的等效静态载荷;
j.将步骤i中新一轮计算与上一轮计算所获得的多时间步上的等效静态载荷的绝对差值之和与预设的收敛阈值进行比较;若小于预设阈值,则收敛条件满足,终止结构优化;否则,重复f-g-h-i步骤,直至满足本步骤中设定的收敛条件;
k.满足j步骤收敛条件判定的结构设计变量为最终机构设计变量,结构优化设计结束。
2.根据权利要求1所述的高速轻载机构非线性动态系统结构拓扑优化方法,其特征在于,步骤f中所述结构优化模型为:Find b∈Rn
to minimizef(b,z)
subject to K(b)z(s)-feq(b,s)=0;s=1,…,lgj(b,z)≤0;j=1,…,m
0.0<bmin≤bi≤1.0;i=1,…,n
其中,b为设计变量向量,记号s表示在非线性分析时间步的序号,K(b)表示设计变量向量对应的刚度矩阵,z(s)为第s时间步处的节点位移向量,feq(b,s)表示第s时间步处的设计变量向量对应的等效静态载荷,gj(b,z)表示约束条件,l表示动态分析过程的离散时间步总数,m表示优化模型中的约束数量,n表示设计变量向量中的元素数量。