(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 202111398307.8 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七一九研 究所 地址 430064 湖北省武汉市江夏区藏龙岛 开发区杨桥湖大道19号 (72)发明人 张满弓　吴刚　张昊　陈虹　 黄贻苍　蔡玄　赵志高　吴涛　 张向东　李钊　何鹏　张安付　 游卓　王鹏　胡旭　黎焕敏　 彭佳宁　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 代理人 廖辉(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种联合 Grasshopper和Abaqus的抗冲击手 性隔振结构设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种联合Grasshopper和 Abaqus的抗冲击手性隔振结构设计方法， 属于计 算机辅助结构设计和抗冲击及减隔振技术领域。 该方法的实现的步骤包 括： S1： 基于Grasshopper 批量设计抗冲击手性隔振结构， 依次生成模型并 存储； S2： 基于Abaqus平台批量读取模型并开展 力学仿真； S3： 批量读取有限元仿真结果， 分析结 构力学性能与结构参数间的关系； S4： 确定并优 选抗冲击手性隔振结构设计方案。 本发明利用 Grasshopper进行手性结构的参数化建模， 同时 搭建开展大规模实体结构有 限元仿真及后处理 分析的计算平台， 为设计兼具设备抗冲击及减隔 振性能的装置提供快速、 多元化的优选方案， 有 助于针对复杂多变的工业应用场景实现更宽频 谱下良好的抗冲击和低频隔振性能。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 114329814 A 2022.04.12 CN 114329814 A 1.一种联合Grasshopp er和Abaqus的抗冲击手性隔振结构设计方法， 其特征在于， 该方 法的实现的步骤 包括： S1： 基于Gras shopper批量设计抗冲击手性隔振结构， 依次生成模型并存 储； S2： 基于Abaqus平台批量读取模型并开展力学仿真； S3： 批量读取有限元仿真结果， 分析 结构力学性能与结构参数间的关系； S4： 根据实际应用需求， 确定并优选抗冲击手性隔振结构设计方案 。 2.如权利要求1所述的联合Grasshopper和Abaqus的抗冲击手性隔振结构设计方法， 其 特征在于， 所述 步骤S1包括： S11： 确定抗冲击手性隔振结构组成及选材； 该结构由手性锁能单元、 金属垫片、 上下转接板、 螺栓和螺母组成， 其中， 手性锁能单元 包括圆柱杆件、 中间连接件、 单元上端接口和单元下端接口， 中间连接件为环形中空的壳 体， 壳体的外圆周面上加工有水平的金属垫片插槽， 壳体的内圆周面上对应金属垫片插槽 的位置具有两块隔板， 两块隔板自壳体的内圆周面上延伸出来且处于同一水平面内， 金属 垫片插入金属垫片插槽后， 金属垫片与两块隔板共同构成一个平面结构， 在结构受到冲击 后， 对单元上端接口和单 元下端接口 的结构变形进行限位； 单元上端接口和单元下端接口的外形均为 圆柱形结构， 单元上端接口的上端具有外螺 纹结构， 单 元下端接口 的下端具有内螺纹结构， 上端接口和下端接口 的内外螺纹规格一 致； 单元上端接口和单元下端接口分别通过圆柱杆件连接在中间连接件的上下两端， 圆柱 杆件沿中间连接件的环向周期排列， 中间连接件的上 下两端的圆柱杆件呈镜像对称排列； 多个手性锁能单元在竖直方向上顺序通过上下两端的连接接口螺纹连接在一起形成 手性锁能单元组， 多个手性锁能单元组在水平面内分布并通过上下转接板以及螺栓和螺母 固定连接形成一个整体， 金属垫片配合插入手性锁 能单元的金属垫片插槽中； 单元上端接 口和单元下端接口均选用PLA或者ABS等弹性较好的高分子材 料3D打印成型加工 。 S12： 利用商用三维NURBS工业建模软件Rhinoceros和与之配套的参数化设计插件 Grasshopper， 搭建抗冲击手性隔振结构参数化设计平台， 共包括参数调节、 单胞建模、 阵列 建模、 模型存 储四个模块； S13： 参数调节模块， 参数调节模块的作用是改变抗冲击手性隔振结构设计参数， 圆柱 杆件与水平面的夹角 θ， 中间连接件上下端平面的扭转角度β， 以及圆柱杆件长度和圆柱杆 件半径之比γ， 参数调节模块利用时间计数timer命令顺次读入经Matlab编制好的参数组 合， 从而不断调整结构设计参数， 同时此模块的输出， 也将顺次修改对应模型的存储文件 名； S14： 单胞建模模块， 单胞建模模块用于设计生成手性锁能单元， 根据既定参数组合， 利 用画圆、 偏移、 旋转以及正余弦计算命令分别生成圆柱杆件上下端中心点轨迹线， 利用 divide命令划分等分点， 按照等分点环向排布圆柱杆件， 并顺次将上下端点连线使用pipe 命令生成实体杆 结构； 将圆柱杆件上端旋转至特定角度， 并判断环向排布是否 干涉； S15： 阵列建模模块， 阵列建模模块用于设计生成金属垫片、 单元上端接口、 单元下端接 口； 将上述所得的环向排布的圆柱杆件作镜像处理， 并利用布尔运算命令设计中间连接件 和插槽； 设计单元上端接口、 单元下端接口， 并与环向的圆柱杆件做合并布尔运算； 调试生 成金属垫片、 单元上端接口、 单元下端接口的尺 寸系数以及缩放比例， 保证结构 配合协调合权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329814 A 2理， 满足实际加工制造的可 行性； S16； 模型存储模块， 模型存储模块用于顺次生成模型文件名并存储模型， 根据既定参 数组合， 设置文件存储路径及文件名， 按参数顺序依次编号， 然后bake到Rhino空间中并分 别存储； 模型存储模块共输出四种几何模型， 分别是单个圆柱杆件、 手性锁能单元、 手性锁 能单元纵向阵列和金属垫片， 根据实际需要修改输出的几何模型。 3.如权利要求1所述的联合Grasshopper和Abaqus的抗冲击手性隔振结构设计方法， 其 特征在于， 所述 步骤S2中基于Abaqus平台批量读取模型并开展力学仿真的过程包括： S21： 利用商用有限元软件ABAQUS， 通过CAE界面建立针对单个手性锁能单元中圆柱杆 件的力学计算有限元模型； 在轴对称坐标下， 对圆柱杆件下端设置两种约束， 一种是完全固 定， 一种是只允许环向转动， 用来评估 结构扭转对于结构静力性能的影响； 圆柱杆件上端与 参考点刚性耦合， 设置为仅发生竖向位移以进行位移加载， 根据既定模型设置加载位移， 数 值为圆柱杆件竖直高度的两倍； 材料选用高分子材料， 模量选 1MPa， 密度为1.2e ‑9t/mm3； 圆 柱杆件采用实体单元， 加载采用隐式动力学中的准静态设置， 设置上端参考点的力、 扭矩、 位移以及整个模型应 变能作为历史输出变量； S22： 编写python脚本命令， 将单个圆柱杆件模型导入ABAQUS并生成inp计算文件， 在脚 本中要导入Abaqus模块中的所有对象， 以提供对默认模型数据库的访问， 主要包括导入符 号常数模块， 用于调用Abaqus中预定义的常量； 导入caeModules模块中的所有对象； 脚本定 义模型为实体并赋予材料属性， 设置单元最小尺 寸并划分 网格， 设置竖向加载位移， 最 终生 成inp计算文件， 并根据计算机实际情况设置多核CPU计算； 通过该python脚本命令， 在S21 的CAE界面中通过脚本实现单个圆柱杆件 模型的导入； S23： 针对既定参数组合， 利用Matlab编制将圆柱杆件模型批量导入ABAQUS， 并批量生 成inp计算文件的python脚本文件； 基于S22中编写的python脚本命令， 利用存储结构参数 编号的数组， 以及存储 结构参数的数 组， 根据文字AS CII码批量修改对python脚本命令中的 模型名称以及参数进行替换， 生成新的python脚本命令， 通过在S21的CAE界面中运行该 python脚本命令， 批量 导入圆柱杆件 模型并生成i np计算文件； S24： 针对既定参数组合， 利用Matlab生成可批量提交多个圆柱杆件模型inp计算文件 的脚本文件， 并可批量完成圆柱杆件模 型有限元计算， 同时可根据实际情况进 行多核CPU计 算设置。 4.如权利要求3所述的联合Grasshopper和Abaqus的抗冲击手性隔振结构设计方法， 其 特征在于， 所述步骤S3批量读取有限元仿真结果， 分析结构力学性能与结构参数间的关系 的过程包括： S31： 编写python脚本命令， 提取单个圆柱杆件的有限元计算结果； 在脚本中导入 Abaqus模块中的所有对象， 以提供对默认模 型数据库的访问， 包括导入符号常数模块， 用于 调用Abaqus中预定义的常量； 导入caeModules模块中的所有对象； S32： 针对既定参数组合， 利用Matlab编制批量提取有限元计算结果的python脚本文 件； 基于S31中编写的python脚本命令， 利用存储结构参数编号的数组， 以及存储结构参数 的数组， 根据文字ASCI I码批量修改对pytho n脚本命令中的模型名称以及参数进行替换； S33， 利用Matlab编制批量有限元仿