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专利号: 2020106252590
申请人: 燕山大学
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:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1、通过对构件进行动力学分析,确定疲劳危险部位,提取出危险部位的应力时间历程,然后采用Von Mises等效应力准则将多轴应力向单轴应力进行转化;

步骤2、采用雨流计数法统计疲劳载荷谱,得到疲劳载荷的应力幅值和应力均值及其各自的数量;

步骤3、对步骤2进行平均应力修正;

步骤4、选取材料,从ANSYS材料库中提取出材料的S-N曲线;

步骤5、疲劳载荷谱简化;将复杂的随机疲载荷谱简化为多级循环载荷;

步骤6、疲劳约束处理;基于疲劳分析,根据设计寿命要求,反求出使结构发生疲劳失效的最大应力水平,以该应力水平代替疲劳约束作为拓扑优化的约束条件;

步骤7、以该最大应力水平进行拓扑优化设计,得到满足疲劳强度的轻量化结构。

2.根据权利要求1所述的一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:步骤

3中平均应力修正是采用Goodman直线对雨流计数结果进行平均应力修正,将非零应力均值的应力范围转化为零应力均值的应力范围。

3.根据权利要求1所述的一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:步骤

5疲劳载荷谱简化具体步骤如下:

步骤51、首先删除无效应力幅值;

步骤52、将处理载荷谱进行排序;

步骤53、针对应力幅值对疲劳损伤的高敏感性和高非线性,采用变区间分段,选择低于最大应力造成的损伤的2%的范围依次进行区间划分;

步骤54、在各区间进行疲劳损伤等效处理,将多个应力幅值造成的损伤转化到单个应力幅值造成的损伤,将复杂的随机疲劳载荷谱简化为多级循环载荷谱。

4.根据权利要求1所述的一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:步骤

6疲劳约束处理的具体流程如下:

步骤61、在各级载荷中,找到其中最大一级载荷记为S;并计算当前各级载荷的累积疲劳损伤;

步骤62、Si取一系列的S1,…,Sk(i=1,…,k),其余各级载荷峰值依次按Si/S0变化,按Miner理论可以计算出各级载荷下的疲劳损伤D1,…,Dk;

步骤63、判断Di是否大于1,如果大于1,计算结束,从而拟合出一条应力损伤曲线;

步骤64、在S-D曲线上找到D=1所对应的S的值;拟合得到应力损伤曲线根据S-D曲线,当总损伤D=1时,以此时最大一级最大应力为拓扑优化的约束条件。

5.根据权利要求2所述的一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:步骤

3中的应力范围为:

6.根据权利要求1所述的一种多载荷疲劳寿命约束的拓扑优化方法,其特征在于:步骤

4中S-N曲线的表达式为:log S=8.95078-0.10266log N。