一种考虑载荷周期分解疲劳寿命计算的结构拓扑优化方法

摘要

目前结构拓扑优化计算中较少考虑疲劳寿命计算,结合双向单元生长进化拓扑优化算法,给出了一种在优化迭代计算中考虑疲劳寿命计算的结构拓扑优化方法。首先,对连续时域载荷谱进行疲劳计数和周期分解得到不同载荷范围的单元基础载荷周期,将最危险的单元载荷周期作为计算载荷经有限元分析得到应力幅值以及平均应力;其次,根据Morrow修正和Basquin方程得到对应载荷周期下的结构疲劳损伤;最后,综合考虑疲劳寿命和结构柔度设定优化目标函数,确定体积分数约束条件,建立完整优化计算数学模型并完成灵敏度计算。结合双向单元生长进化算法,完成疲劳计算程序模块、优化迭代程序模块的二次开发,给出悬臂梁模型以及L型支架模型结构拓扑优化算例分析。计算结果表明:建立的考虑疲劳寿命计算的拓扑优方法能准确给出疲劳性能提升的拓扑构型;和相关参考文献的计算结果对比,本文方法寻优效率更高。