上海大学孙升获国家专利权
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龙图腾网获悉上海大学申请的专利一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114492119B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-15发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210026720.X,技术领域涉及:G06F30/23;该发明授权一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法及系统是由孙升;张颖;王梦欢;张统一设计研发完成,并于2022-01-11向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法及系统,适用于材料在电解液当中发生电化学致动反应过程的有限元方法数值模拟计算,同时结合遗传算法达到对材料的致动性能优化的目的。该方法基于本征应力模型,结合有限元方法,通过程序实现自动化随机建模达到有效计算不同结构下材料的宏观应变,在结合遗传算法的条件下,优化材料的结构以增加材料的宏观应变,有效提高材料的致动性能。本发明方法能实现利用有限元方法自动随机建模,模拟各种不同构型的电化学致动器,通过施加表面应力再实现自动提取结构的宏观应变,最后结合遗传算法反向地对材料的结构进行优化,所需的计算资源和计算时间更少,效率更高,成本更低。
本发明授权一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于遗传算法的电化学致动器结构优化分析方法,其特征在于,包括如下步骤: a.数字化建模,将模型的基因型与表现型进行映射的过程: 首先基于坐标系原点建立一个正方体,然后对正方体的每个面进行编号;由于结构是对称结构,选择在二维平面上构建对称部分;在规定二维平面结构的起点与终点的基础上,利用编号的数字代表路径,得到二维结构后再进行旋转镜像生成完整的材料结构,利用umat子程序来定义材料的本构关系;从而将模型的基因型与表现型进行映射,得到材料模型; b.在材料表面应力诱导下发生变形的模拟: 根据在所述步骤a中得到的模型,采用有限元方法,进行在材料表面应力诱导下发生变形的模拟,包括以下步骤: 1编写Fortran脚本即.for文件,提供外层壳材料本构的雅可比Jacobian矩阵,即应力增量对应变增量的变化率; 2编写python脚本即.py文件,主要包含以下模拟参数: 2-1对建成的模型进行实体加工为壳,得到壳部件;通过General-UserMaterial,定义材料常数; 2-2添加分析步Step-1,设置时间长度为1,最大增量步数为100,增量步最小设置为1e-5,并打开几何非线性; 2-3装配好实体部件与壳部件后将两个部件设置相互作用,属性为绑定; 2-4设置实体部件各个方向最外层面内中点为点集,对模型的体心也就是0,0点设置铰接即U1=U2=U3=0的边界条件,约束其所有平移自由度;其中,U1、U2、U3分别为直角坐标系下的X、Y、Z方向; 2-5使用自由网格划分方法,在AbaqusStandard中对实体部件使用C3D10单元进行四面体网格划分,网格尺寸大小为2.5; 2-6使用自由网格划分方法,在AbaqusStandard中采用进阶算法,对壳部件进行线性、减缩积分、四边形壳单元S4R网格划分,网格尺寸大小为2.5; 2-7调用Umat子程序并提交任务与计算; 3采用Abaqus有限元软件运行上述脚本程序,得到计算结果,从而模拟材料在电解液中发生致动现象,计算不同构型的材料在表面应力诱导下所产生的宏观应变; 在所述步骤b中,利用遗传算法,对材料的结构进行优化,利用参数化建模,自动提取结果。
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