(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 202211225924.2 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 中北大学 地址 030051 山西省太原市山西太原市学 院路3号 (72)发明人 李太阳　郭张霞　赵慧铭　 (74)专利代理 机构 北京保识知识产权代理事务 所(普通合伙) 11874 专利代理师 李慧 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种流体-固体共同调控结构演化的优化方 法 (57)摘要 本发明公开一种流体 ‑固体共同调控 结构演 化的优化方法， 包括以下步骤： S1： 构建初始模型 并施加所需动态载荷； S2： 采用有限元软件进行 流‑固耦合仿真分析； S3： 提取分析结果， 并对单 元上数据结果进行处理， 计算出的流体及固体单 元上的力学状态参数； S4： 依据对应的应用场景， 设定移除或增加单元的判断标准； S5： 结合所计 算出的流体及固体单元上的力学状态参数和设 定的判断标准， 对单元进行增加或移 除操作， 修 改初始模型， 得到新结构； S6： 对所得新结构继续 施加载荷， 重复上述流程， 实现对结构的流体 ‑固 体共同调控的结构演化。 相对于传统的双向演化 结构优化方法， 本发明对于涉及流体参与的结构 优化设计具有更好的效果。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115544836 A 2022.12.30 CN 115544836 A 1.一种流体 ‑固体共同调控结构 演化的优化方法， 其特 征在于， 具体包括以下步骤： S1： 构建初始模型并施加所需动态载荷； S2： 采用有限元 软件进行流 ‑固耦合仿真 分析； S3： 提取分析结果， 并对单元上数据结果进行处理， 计算出的流体及固体单元上的力学 状态参数； S4： 依据对应的应用场景， 设定移除或增 加单元的判断标准； S5： 结合所计算出的流体及固体单元上的力学状态参数和设定的判断标准， 对单元进 行增加或移除操作， 修改初始模型， 得到新结构； S6： 对所得新结构继续施加载荷， 重复上述流程， 实现对结构的流体 ‑固体共同调控的 结构演化。 2.如权利要求1中所述一种流体 ‑固体共同调控结构演化的优化方法， 其特征在于， 所 述S3中提到的数据结果处理具体包括以下内容： 设定间隙液为牛顿流体， 其内的剪应力是 流场速度梯度(剪切速率)与动力粘度系数的乘积， 故间隙液剪应力的计算具体为： S3.1、 获取 该液体单元与壁面骨单元的相对位置关系； S3.2、 将液体单元中， 平行于固体单元外侧面两个方向上的液体单元应变率进行矢量 求和， 得到液体单 元在固体单 元外侧面法向上的应 变率； S3.3、 将S3.2中所得的液体单元在固体单元外侧面法向上的应变率与液体的动力 粘度 系数相乘， 计算得 出间隙液剪应力作为调控结构 演化的力学刺激信号。 3.如权利要求1中所述一种流体 ‑固体共同调控结构演化的优化方法， 其特征在于， 所 述S4中提到的移除或增加单元 的判断标准是依据固体单元和液体单元共同的受力状态所 决定的， 其具体公式如下： 其中， DP(xi)为结构中单元去 留的判定参数， 当值为 ‑1时， 表示该单元内应变能密度和 所受的流体剪应力值 都较小， 此 处结构承载作用较小， 故将该单元移除； 其值为0时， 表 示此 处保持稳定； 其值为1时， 表示该单元内的应变能密度和所受的流体剪应力值都较大， 此处 结构承载作用较大， 故在该单元的外侧面新增 单元； SP(xi)为选定的固体结构中单元上的 力学状态参数值； SPQ10和SPQ90分别为所有单元中所选定的力学状态参数值的十分位数和 九十分位数； FSS(xi)为选定的固体单元表面所受的流体剪应力； FSSQ10和FSSQ90分别为所有 单元流体剪应力的十分位数和九十分位数。 4.如权利要求1中所述一种流体 ‑固体共同调控结构演化的优化方法， 其特征在于， 所 述S5具体包括以下内容： 在进 行模拟时首先得到模型最外侧的单元， 同时寻找 其相邻单元， 判断出外侧单元 的外侧面， 并且对所需位置进行单元增加操作； 所述单元增加过程的具体 实现流程如下： S5.1、 获得模型最外侧单 元； S5.2、 获取S5.1中得到的外侧单元中每个面上所连接的单元个数， 若面上所连接单元 数目为1， 则说明此面是 单元上的外侧面；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544836 A 2S5.3、 提取S5.1中得到的外侧单元中的八个节点编号， 并将S5.2中所判断出的外侧面 上四个节点和剩下的四个节点分别存贮， 提取节点 坐标并保存； S5.4、 根据S5.3中所保存的节点 坐标， 对应求差， 依据差值大小来判断外侧面的法向； S5.5、 将S5.4中所得到的外侧面的法向作为增加单元方向， 将外侧面上四个节点在法 向的坐标都增 加设定的单 元长度， 生成新的四个节点； S5.6、 判断S5.5中新生成的四个节点与模型原有结构是否冲突， 若原来在该节点处存 在节点， 则直接使用， 否则进行新增； S5.7、 将新增的四个节点与原外侧面的四个节点按照ABAQUS中C3D8R规定的单元节点 连接顺序进行 连接， 生成新单 元； S5.8、 对S5.7中新生成的单元进行编号设置， 使其符合原有单元编号规则， 并对新生成 单元进行材料属性赋值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544836 A 3