(19)中华 人民共和国 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 202111425027.1 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 赵尚超　李向伟　王东坡　梁行　 邓彩艳　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 刘同欣 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于迭代的构件强度应力优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于迭代的构件强度应 力优化方法， 包括： 对待优化的构件进行三维建 模并进行有限元分析， 将应力集中部位的单元的 两个端部作为初始单元节点； 判断单元格长度与 板厚的关系， 如果不满足条件， 插入第三节 点， 采 用直线加线性分布方式获得更新的线载荷， 执行 双线性分布假设， 重新分布线力， 求出更新的含 有第三节点信息的线载荷； 再执行判断条件， 如 果满足则计算结构应力解析值， 如果不满足则返 回继续判断及插入单元节点， 逐步逼近应力的真 实值， 从而增强应力分析的精度。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114036689 A 2022.02.11 CN 114036689 A 1.一种基于迭代的构件强度应力优化方法， 包括： 步骤一： 对待优化的构件进行三维建模并进行有限元分析， 将所述构件分割成单元网 格， 将模型中应力集中部位的单 元网格沿其长度方向的两个端部作为初始单 元节点； 从模型中获得所述单元网格的长度、 板厚、 初始单元节点的初始线载荷参数和线弯矩 参数， 并利用上述 参数计算所述单 元网格两端的线载荷； 所述初始单元节点包括第一节点和第二节点， 其中第一节点靠近应力集中区域， 第二 节点远离应力集中区域； 步骤二： 判断所述单 元网格长度是否大于n 倍的板厚， 其中n 值为预设值； 如果否， 利用所述第一节点和第二节点的线载荷， 采用 双直线分布方法计算等效分布 后第一节点和第二节点的线载荷， 执行步骤五； 如果是， 则继续进一步判断， 判断是否满足 L/n>2t； 其中， L是 所述单元网格长度， t是板厚； 如果否， 在当前的所述单元网格的所述第一节点和第二节点中间插入第三节点， 所述 插入第三节点的位置为2倍的板厚， 从而确定所述第一节点和 第二节点各自的线载荷， 执行 步骤五； 如果是， 在当前的所述单元网格的所述第一节点和第二节点中间插入第三节点， 所述 插入第三节点的位置为 l1＝L/n； 其中， l1是第三节点的位置； 步骤三： 采用直线加线性分布方式， 利用所述第三节点形成的所述第一节点和第二节 点的更新的线载荷参数与所述第一节点和第二节点初始线载荷相等的原理， 重新分布线 力， 获得所述第一节点和第二节点更新的线载荷参数； 随后， 假设所述第 一节点和第 二节点的线载荷参数及第 三节点的线载荷参数组成双线 性分布模式， 定义第二节点线载荷参数为其初始线载荷参数和步骤三获得的更新的第二节 点线载荷参数 的中值， 重新分布线荷载， 从而求出第一节点的线载荷参数和第三节点的线 载荷参数； 步骤四： 将第一节点和第三节点组成的更新的单元， 此时， 第一节点的位置不变， 第二 节点的位置替换为第三节点所在的位置， 将步骤三更新的第三节点的位置赋值给单元格长 度， 再次判断单元格长度是否大于nt， 如果大于nt， 返回到步骤二执行进一步判断， 判断是 否满足L/n>2 t； 如果L≤nt时， 并且L＞2t时， 插入新的第三节点， 此时设第三节点的位置为l1＝t， 返回 执行步骤三； 步骤五： 利用上述步骤获得相应的线弯矩， 根据获得的应力集中部位的所述单元的所 述第一节点和第二节点的线载荷， 获得所述第一节点和第二节点的结构应力解析值， 从而 获得当前 单元的优化后的应力分布。 2.根据权利要求1所述的基于迭代的构件强度应力优化方法， 其特征在于， 所述待优化 的构件为 丁字型焊接 接头。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114036689 A 2一种基于迭代的构件强度应力优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及应力分析方法领域， 具体涉及一种基于迭代的构件强度应力优化方 法。 背景技术 [0002]有限元分析(FEA)法是随着计算机的发展而发展起来的一种有效的数值方法， 在 工程领域应用广泛。 以节点位移作为基本未知量的有限单元法， 其基本思想是将连续的结 果划分成有限个单元， 单元之间通过节点连接。 把每个单元上实际作用的载荷按弹性力学 的虚功原理分配到相应单元 的节点上， 构成等效节点力。 按弹性力学中的变分原理建立起 单元节点力和节点位移之间的关系， 形成单元刚度矩阵， 再把全部单元 的刚度矩阵组装起 来， 形成总体刚度矩阵， 考虑结构的约束情况后， 即可求得各节点位移。 按单元的几何方程 和物理方程 求得各单元的应变和应力分量， 获得 结构在实际使用环境下的响应。 [0003]在铁路货车、 轮船、 海洋平台等大尺寸结构设计时， 为了提高计算效率， 一般采用 较大单元进 行数值模拟。 但在应力集中区域， 由于应力 梯度的变化较大， 大尺 寸单元不能很 好的描述该区域的应力情况。 虽然能够通过细化单元来提高模拟精度， 但对于大尺寸结构 而言， 将极大的降低分析效率。 近年来， 由美 国董平莎教授提出的动态结构应力 法， 将按虚 功原理分配到单元节 点上的节点力采用功等效的方式重新变为单元上边上的线力， 再通过 线力计算结构应力， 由于节点力是与外载荷相关， 降低了网格不敏感性问题。 但由于该方法 将节点力按线性等效的方式进 行处理， 在网格尺 寸较大且应力 梯度剧烈的部位不能改保证 计算精度。 [0004]CN103559361B公开了一种构件强度的优化方法及其应力分析方法， 图1示出该方 法采用分段线性载荷拟合原有的线性载荷的应力示意图， 该方法需要在应力集中区域内、 外分别插入一个节 点， 对于应力集中部位的单元， 在应力 梯度明显的位置插入第一节点， 在 应力分布梯度不明显的位置插入第二节点， 采用分段线性载荷分布拟合原有的线性载荷分 布， 可以对较大 的单元尺寸求得 的分析结果进行修正。 该方法的缺点在于一方面由于没有 确定两个节点位置， 因此两个节点的位置较多依赖于经验； 另一方面应力梯度较大区域的 应力分布非线性 严重， 仅进行一次计算， 存在一定的计算 误差。 [0005]为此， 需要一种精度高的且不依赖人为经验的构件强度应力优化方法。 发明内容 [0006]本发明的目的在于提供一种基于迭代的构件强度应力优化方法， 由于大尺寸构件 的单元尺寸对应力 分析结果影响较大， 细化网格还需要依赖于经验， 本发明不采用任意插 入节点位置的方式， 而是利用单元节点进行计算， 采用迭代的方法， 逐步逼近应力的真实 值， 从而增 加应力分析的精度。 [0007]本发明的目的是通过以下技 术方案实现的： [0008]一种基于迭代的构件强度应力优化方法， 包括：说　明　书 1/6 页 3 CN 114036689 A 3