(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210946332.3 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 大连华锐 重工集团股份有限公司 地址 116000 辽宁省大连市西岗区八一路 169号 (72)发明人 朱成章　王鹏　王金福　纪维东　 孙宁　牟瑞平　王晓斌　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 李馨 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多维等效动态载荷理论的走行桥 架结构拓扑优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多维等效动态载荷 理论的走行桥架结构拓扑优化方法， 包括： 采用 动力学分析方法确定待优化机构在实际动态连 续工况下的受力情况； 获得待优化机构在连续工 况下某一段时间载荷位置不发生改变的关键受 力段， 根据待优化机构特性锚定等效过程分析步 的单元时间； 以待优化机构关键部件非线性有限 元模型的每个单元的相对密度为 设计变量， 利用 变密度法对每个等效工况的有 限元分析结果进 行拓扑优化； 结合系统等效系数Qi， 对待优化机 构的连续动态工况进行等效静态 转化、 再进行结 构拓扑优化生成优化结果。 该方法得到的最优力 学桥架拓 扑结构， 在满足实际工况的条件下其轻 量化程度较高， 可广泛应用于指导生产实践活 动。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115357978 A 2022.11.18 CN 115357978 A 1.一种基于多维等效动态载荷理论的走 行桥架结构拓扑优化方法， 其特 征在于包括： 建立含有运动学自由度的待优化机构的非线性有限元模型， 采用动力学分析方法确定 待优化机构在实际动态连续工况 下的受力情况； 获得待优化机构在连续工况下某一段时间载荷位置不发生改变的关键受力段， 根据待 优化机构特性锚定等效过程分析步的单 元时间； 基于单元时间， 将待优化机构所受的动态连续工况转 化为多个单 元工况； 对工况序号进行判断， 若i＝Nmax， 则跳过该步骤进行后续计算， 若i不等于Nmax， 更新工 况序号i＝i+1， 对 该工况序号下的有限元进行分析， 当到达 关键受力段时间域时， 将该时域 内所有单 元工况进行合并， 以合并后的工况作为研究对象进行有限元分析； 根据待优化机构关键部件的材质特性， 对所有等效工况从应力、 位移和时域三个维度 进行等效化处 理； 控制不同的受力段在待优化机构全工况中的权重程度符合实际要求， 计算系统等效系 数， 其中系统等效系数越大， 则该等效工况对应在待优化机构的连续动态工况中越重要； 以待优化机构关键部件非线性有限元模型的每个单元的相对密度为设计变量， 利用变 密度法对每 个等效工况的有限元分析 结果进行拓扑优化； 设定惩罚 因子， 对该惩罚 因子设定合适的值控制待优化机构的单元密度尽可能趋向0 或1， 从而将原本处于离散状态的非线性有限元模型转换为容易求解的连续型优化模型并 进行计算； 结合系统等效系数Qi， 对待优化机构的连续动态工 况进行等效静态转化、 再进行结构拓 扑优化生成优化结果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 根据待优化机构关键部件的材质特性， 设 定应力阈值Smax和位移阈值Dmax， 对所有等效工况从应力Si、 位移Di及时域Ti三个维度进行等 效化处理， 根据等效分析的需要， 首 先对所有参数进行统一 化处理： 应力参数Lsi＝Si/Smax 位移参数Ldi＝Di/Dmax 时域参数 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 在对 复杂连续动态工况等效静态转化的过 程中， 根据不同时间不同的单 元工况对应不同的权 重系数， 采用如下 方式计算 等效系数： Lsi表示应力参数， Ldi表示位移参数， Lti表示时域参数， Vi表示在i工况下， 应力参数、 位 移参数、 时域 参数与三 坐标轴围城的四面体的体积。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 通过建立的综合目标函数， 对待优化机构 的连续动态工况进行 结构拓扑优化得到优化结果， 其中综合目标函数如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115357978 A 2其中F( ρ )为结构综合目标函数， Ci( ρ )为第i工况下结构柔度值， Cmax和Cmin分别代表结构 的最大柔度与最小柔度， Fi为结构在第i工况下合力向量， Ki为结构在第i工况下的刚度矩 阵， Ui为结构在第 i工况下的位移列阵， V0为结构设计区域的初始体积， V为结构优化后的体 积， f为结构体积分数约束参数， ρmin为单元相对密度最小值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115357978 A 3