一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法
【专利摘要】本发明涉及一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法，根据目标变速器结构，建立初始最大包络模型，根据要求形成变速器壳体结构初始拓扑优化分析模型，根据优化分析模型对Nastran卡片拓扑优化文件进行编译，将载荷计算软件得出的载荷计算结果一次性导入到Nastran拓扑优化文件中，完成载荷参数的快速修改，利用Nastran卡片调用命令来调用变速器壳体有限元模型，在Nastran软件中进行拓扑优化计算，得到最终的变速器壳体拓扑优化计算结果。简化Optistruct拓扑优化仿真软件在拓扑优化模型参数修改，并保证参数修改的正确率和修改速度。
【专利说明】一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种结构设计技术，特别涉及一种利用Nastran卡片调用功能简化变 速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法。
【背景技术】
[0002] 拓扑优化是一种根据优化目标、约束和载荷，以材料分布为优化对象，在均匀分布 材料的设计空间中寻找满足结构强度及刚度前提下的结构件体积、质量最小化的最佳分布 方案，重新形成结构形状的一种结构优化设计方法；与其他常用的尺寸、形状、形貌优化设 计方法相比，具有设计空间最大、不局限于对现有方案的优化、可为产品提供一种全新结构 设计方案的突出特点；是产品开发初期，获取最佳零件结构、节材减重设计的有效优化结构 方法。已在当今结构优化设计领域得到广泛应用。在拓扑优化寻优过程中，需要对所研究 结构件的载荷与约束等进行不断修整；通过由载荷计算软件获得的载荷参数、施加位置，对 模型进行对应的参数更改；在形成的新模型基础上，再次进行拓扑优化计算，如此反复多次 循环，直到获得最贴合实际工作状况、最经济的目标结构分布结果。对于复杂结构零件，每 进行一次修改，涉及更改的载荷参数量很大。
[0003] 目前常用的Optistruct拓扑优化仿真软件，以其优化参数设置方便，操作简便， 计算过程显示清晰，终止能续算等诸多优点，被广泛应用于结构零件拓扑优化设计中。但是 运用Optistruct拓扑优化软件修改参数时，需逐一寻找修改对应点，逐个重新输入要修改 的参数，参数输入过程长，易导致参数输入错误，工作周期长等不足之处。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对常用的Optistruct拓扑优化仿真软件在使用中修改参数耗时多的 问题，提出了一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法，利用Nastran卡片调用 功能，简化Optistruct拓扑优化仿真软件在拓扑优化模型参数修改，并保证参数修改的正 确率和修改速度。
[0005] 本发明的技术方案为：一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法，具体 包括如下步骤： 1) 根据目标变速器结构，建立初始最大包络模型，为使变速器壳体能够达到强度、刚度 要求，选取一档及倒档工况为研究工况，对变速器壳体结构初始拓扑优化分析模型进行网 格划分，并对其施加一档及倒档所受的载荷，经拓扑优化初步计算，形成变速器壳体结构初 始拓扑优化分析模型； 2) 优化分析类型参数的确定：以结构的柔度最小为目标函数，优化后的体积为约束条 件，以步骤1)变速器壳体结构初始拓扑优化分析模型中各单元的属性为设计变量的数学模 型； 3) Nastran卡片拓扑优化文件编译： A:用执行控制段语句给定优化作业分析计算法类型； B:用工况控制段语句给定优化分析类型、工况设定； C:用数据段语句编译Nastran卡片，包卡片包括载荷的ID号、受载节点的ID号、坐标 系ID号、受载荷比例因子； 4) 将载荷计算软件得出的载荷计算结果一次性导入到步骤3)所得的Nastran拓扑优 化文件中，完成载荷参数的快速修改； 5) 通过在Nastran拓扑优化文件中编译"INCLUDE"卡片命令来调用变速器壳体有限元 模型； 6) 在Nastran软件中进行拓扑优化计算，得到最终的变速器壳体拓扑优化计算结果。
[0006] 本发明的有益效果在于：本发明简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法， 借助于Nastran自身能够提供上千种计算卡片命令调用的功能，使其在拓扑优化过程中具 有快速生成仿真模型，参数更换便利、修改赋值准确率高，拓扑优化过程耗时少等特点。应 用实践表明Nastran卡片快速修改参数的拓扑优化方法，对复杂零件拓扑优化模型生成具 有良好的适应性。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1为本发明Nastran卡片生成拓扑优化文件编译流程图； 图2为本发明实施例结构图； 图3为本发明参数修改流程图； 图4为本发明实施例最终变速器壳体拓扑优化计算结果图。
【具体实施方式】
[0008] 通过在Nastran优化文件中修改相关卡片内容，进行参数快速修改。具体过程如 下： 1.优化参数的确定： 为使变速器壳体能够达到强度、刚度要求，选取一档及倒档工况为主要研究工况。
[0009] 静态优化中，施加的载荷是静载荷，确立以结构的柔度最小为目标函数（即刚度最 大)，优化后的体积为约束条件，设计区域中各单元的属性为设计变量的数学模型。
[0010] 模型......，xn}T (1) 目标函数Min :C=FtU (2) 约束条件
【权利要求】
1. 一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法，其特征在于，具体包括如下步 骤： 1) 根据目标变速器结构，建立初始最大包络模型，为使变速器壳体能够达到强度、刚度 要求，选取一档及倒档工况为研究工况，对变速器壳体结构初始拓扑优化分析模型进行网 格划分，并对其施加一档及倒档所受的载荷，经拓扑优化初步计算，形成变速器壳体结构初 始拓扑优化分析模型； 2) 优化分析类型参数的确定：以结构的柔度最小为目标函数，优化后的体积为约束条 件，以步骤1)变速器壳体结构初始拓扑优化分析模型中各单元的属性为设计变量的数学模 型； 3. Nastran卡片拓扑优化文件编译： A:用执行控制段语句给定优化作业分析计算法类型； B:用工况控制段语句给定优化分析类型、工况设定； C:用数据段语句编译Nastran卡片，包卡片包括载荷的ID号、受载节点的ID号、坐标 系ID号、受载荷比例因子； 4) 将载荷计算软件得出的载荷计算结果一次性导入到步骤3)所得的Nastran拓扑优 化文件中，完成载荷参数的快速修改； 5) 通过在Nastran拓扑优化文件中编译"INCLUDE"卡片命令来调用变速器壳体有限元 模型； 6) 在Nastran软件中进行拓扑优化计算，得到最终的变速器壳体拓扑优化计算结果。
【文档编号】G06F17/50GK104239639SQ201410477140
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】褚超美, 奚成捷, 周进, 梅超, 池会强, 宋俊, 顾放 申请人:上海理工大学