(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 202210606655.8 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0七研 究所 地址 300131 天津市红桥区丁字沽一 号路 268号 (72)发明人 符传亮　许春晖　李赛　李和薇　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 刘英梅 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻 量化设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种用于联合测姿系统安装平 台的结构轻量化设计方法， 步骤为： 1、 构建联合 测姿系统安装平台的简化有限元模 型， 并设置材 料属性； 2、 根据工程设计经验， 确定拓扑优化设 计域； 3、 根据实际安装平台受载和连接情况， 确 定边界条件； 4、 以体积分数最小为目标， 结构弯 曲刚度为约束， 以单元密度为设计变量构建联合 测姿系统安装平台拓扑优化数学模 型， 通过拓扑 优化得出其传力路径； 5、 根据传力路径， 构建联 合测姿系统安装平台2D 有限元模型； 6、 以质量最 小为目标、 结构弯曲刚度为约束、 厚度尺寸为设 计变量构建联合测姿系统安装平台不确定性优 化问题数学模型， 并利用SRO算法进行求解； 7、 进 行重新建模， 得出优化后的产品模型。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114970270 A 2022.08.30 CN 114970270 A 1.一种用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 该方法适用的联合测姿系 统安装平台的结构特点为： 平台上具有左、 中、 右三个负载安装区， 左右两负载安装区各具 有六个安装平面， 中间负载安装区具有四个安装平面， 在每个安排平面处设置有螺纹孔， 在 联合测姿系统安装平台的两端各 具有两个方槽， 在方槽 部位具有螺纹孔； 包括如下步骤： 步骤1： 利用有限元建模软件构建联合测姿系统安装平台的简化有限元模型， 并设置材 料属性； 步骤2： 根据工程设计经验， 确定 拓扑优化设计域； 步骤3： 根据实际安装平台受载和连接情况， 确定边界条件； 步骤4： 以体积分数最小为目标， 结构弯曲刚度为约束， 以单元密度为设计变量构建联 合测姿系统安装平台拓扑优化数 学模型， 通过拓扑优化得 出其传力路径； 步骤5： 根据拓扑优化得 出的传力路径， 构建联合测姿系统安装平台2D有限元模型； 步骤6： 以质量最小为目标， 以结构弯曲刚度为约束， 以厚度尺寸为设计变量构建联合 测姿系统安装平台不确定性优化问题数 学模型， 并利用SRO算法进行求 解； 步骤7： 利用有限元建模软件对优化后的结构进行重新建模， 并对其进行刚度分析， 得 出优化后的产品模型。 2.根据权利要求1所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤1中， 采用的有限元建模软件为HyperWorks， 有限元网格节点间距离为5mm， 网 格类型以四边形网格为主。 3.根据权利要求2所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤2中， 拓扑优化设计域的选取应避开安装平面， 将安装平面所在的位置设置为 非设计域。 4.根据权利要求3所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤3中， 所述边界条件主要包括： 对安装平台两侧方槽内的螺纹孔施加6个自由度 的全约束； 将安装平台上测姿系统的重量平均分配至各安装平面， 并通过集中力的方式进 行加载。 5.根据权利要求4所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤4中， 构建的拓扑优化数 学模型为： 式中， Volumefrac为 设计域内体积分数； X为 设计域内各单元密度； dbend为安装平台在 弯 曲工况下的最大位移； 为安装平台弯曲工况下最大位移的上限值； 在优化过程中， 每一 迭代步的安装平台弯曲工况下最大位移dbend和设计域内体积分数Volumefrac通过设计域 内各单元密度X计算而得。 6.根据权利要求5所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤5中， 2D有限元网格建模采用PSHELL单元， 在建模的过程中要充分考虑结构的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970270 A 2对称性及制造约束。 7.根据权利要求6所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤6中， 构建的不确定性优化问题数 学模型为： 式中， M为整体结构质量； Y为各个部分的厚度尺寸； YU为设计过程中厚度尺寸的上限； YL 为设计过程中厚度尺寸的下限； N为正太分布函数， 其中， μ为正太分布的数学期望， σ2为正 太分布的方差； d1bend为在弯曲工况下结构的最大位移； 为在弯曲工况下结构的最大位 移上限； CDF为约束的积累概率， β 取值一般在85～99之间； E0为材料弹性模量； ρ0为材料密 度； 在优化过程中， 每一迭代步 的整体结构质量M和弯曲工况下结构最大位移 d1bend通过各 部分厚度尺寸Y、 材 料弹性模量E0和材料密度ρ0计算而得。 8.根据权利要求7所述的用于联合测姿系统安装平台的结构轻量化设计方法， 其特征 在于： 在步骤7中， 建模过程中要充分考虑实际制 造过程中的工艺要求， 在必要的位置添加 圆角或倒角。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970270 A 3