本发明专利技术公开了一种点阵结构拓扑优化设计方法、装置及计算机可读存储介质，方法包括：对设计区域采用有限元理论进行离散化处理，得到设计域中的材料点；将设计区域中的材料点定义为初始拓扑设计变量；对拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑变量；对最终拓扑变量进行材料插值处理并且采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息；基于灵敏度信息，更新拓扑设计变量，直至拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果。通过上述技术方案，能够为考虑尺度效应的微尺度或者纳米尺度的结构提供准确高效的点阵结构拓扑设计方案。构提供准确高效的点阵结构拓扑设计方案。构提供准确高效的点阵结构拓扑设计方案。
【技术实现步骤摘要】
点阵结构拓扑优化设计方法、装置及计算机可读存储介质
[0001]本专利技术涉及拓扑优化设计领域，特别涉及一种点阵结构拓扑优化设计方法、装置及计算机可读存储介质。
技术介绍
[0002]在传统的宏观尺度拓扑优化设计方案中其本构模型不包含任何能预测尺度效应的参数，因此无法有效地对微观尺度或者纳米尺度的结构提供准确的响应分析。另一方面采用量子力学或原子模拟的直接方法则会耗费较大的计算成本来处理微观尺度的结构。因此基于现有理论的连续体介质理论的框架下的拓扑优化设计并无法满足微观尺度或纳米尺度的结构设计需求。
技术实现思路
[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0004]为此，本专利技术提出一种点阵结构拓扑优化设计方法，能够为微尺度或者纳米尺度的结构提供准确高效的拓扑设计方案。
[0005]本专利技术还提出一种应用上述点阵结构拓扑优化设计方法的点阵结构拓扑优化设计装置。
[0006]本专利技术还提出一种应用上述点阵结构拓扑优化设计方法的计算机可读存储介质。
[0007]根据本专利技术第一方面实施例的点阵结构拓扑优化设计方法，所述方法包括：
[0008]对设计区域采用有限元理论进行离散化处理，得到设计域中的材料点，以及对设计区域施加外载荷，对设计区域的边界自由度进行固定，得到边界条件；
[0009]将设计区域中的材料点定义为初始拓扑设计变量；
[0010]对所述拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑变量；
[0011]对所述最终拓扑设计变量进行材料插值处理，采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息；
[0012]对所述单元刚度矩阵信息进行集成，得到整体刚度矩阵信息；
[0013]根据所述外载荷和所述边界条件，从所述整体刚度矩阵信息得到节点位移向量；
[0014]根据所述节点位移向量，得到结构目标性能信息；
[0015]对所述结构目标性能和约束信息进行灵敏度分析，得到其对应的灵敏度信息；
[0016]基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果。
[0017]根据本专利技术实施例的点阵结构拓扑优化设计方法，至少具有如下有益效果：首先对对设计区域采用有限元理论进行离散化处理，得到设计域中的材料点；并且对设计区域施加外载荷，还对设计区域的边界自由度进行固定，得到边界条件；将设计区域中的材料点定义为初始拓扑设计变量；对初始拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑变量；接着对最终拓扑变量进行材料插值处理，采用高阶连续应变梯度理论的本构模
型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息；然后对单元刚度矩阵信息进行集成，得到整体刚度矩阵信息；接着根据外载荷和边界条件，从整体刚度矩阵信息得到节点位移向量；接着根据节点位移向量，得到结构目标性能信息；然后对所述结构目标性能和约束信息进行灵敏度分析，得到其对应的灵敏度信息；最后基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果。通过上述技术方案，能够为微尺度或者纳米尺度的结构提供准确高效的拓扑设计方案。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述对所述初始拓扑设计变量进行修正处理，得到最终拓扑变量，包括：
[0019]对所述初始拓扑设计变量进行第一重密度过滤和投影处理，得到第一拓扑变量信息；
[0020]对所述第一拓扑变量信息进行第二重密度过滤和投影处理，得到第二拓扑变量信息；
[0021]对所述第一拓扑变量信息和所述第二拓扑变量信息进行叠加处理，得到所述最终拓扑变量。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述对所述最终拓扑变量进行材料插值处理采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息，包括：
[0023]对所述最终拓扑变量进行材料插值处理，得到高阶连续应变梯度理论框架下的拓扑优化关系；
[0024]基于所述高阶应变梯度理论框架下的拓扑优化关系，对所述最终拓扑变量进行单元刚度矩阵计算，得到所述单元刚度矩阵信息。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果，包括：
[0026]基于所述灵敏度信息，对所述拓扑设计变量进行更新，得到拓扑设计更新变量；
[0027]判断所述拓扑设计更新变量是否满足收敛条件，若是，输出所述拓扑优化结果，若否，将所述拓扑设计更新变量替换所述拓扑设计变量。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述对所述初始拓扑设计变量进行第一重密度过滤和投影处理，得到第一拓扑变量信息，包括：
[0029]利用第一过滤函数对所述初始拓扑变量进行过滤处理，得到第一拓扑过滤信息；
[0030]利用第一投影函数对所述第一拓扑过滤信息进行处理，得到所述第一拓扑变量信息。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述对所述第一拓扑变量信息进行第二重密度过滤和投影处理，得到第二拓扑变量信息，包括：
[0032]利用第二过滤函数对所述第一拓扑变量信息进行过滤处理，得到第二拓扑过滤信息；
[0033]利用第二投影函数对所述第二拓扑过滤信息进行处理，得到所述第二拓扑变量信息。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述第一过滤函数为Helmholtz型偏微分方程，所述第一投影函数为微分投影函数。
[0035]根据本专利技术第二方面实施例的点阵结构拓扑优化设计装置，包括：
[0036]第一模块，对设计区域采用有限元理论进行离散化处理，得到设计域中的材料点，以及对设计区域施加外载荷，对所述设计区域的边界自由度进行固定，得到边界条件；
[0037]第二模块，用于将所述设计区域中的材料点定义为初始拓扑设计变量；
[0038]第三模块，用于对所述初始拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑变量；
[0039]第四模块，用于对所述最终拓扑变量进行材料插值处理，并且采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息；
[0040]第五模块，用于对所述单元刚度矩阵信息进行集成，得到整体刚度矩阵信息；
[0041]第六模块，用于根据所述外载荷和所述边界条件，从所述整体刚度矩阵信息得到节点位移向量；
[0042]第七模块，用于根据所述节点位移向量，得到结构目标性能约束信息；
[0043]第八模块，用于对所述结构目标性能约束信息进行灵敏度分析，得到其对应的灵敏度信息；
[0044]第九模块，用于基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果。
[0045]根据本专利技术的一些实施例，所述第三模块包括：
[0046]第十模块，用于对所述初始拓扑设计变量进行第一重密度过滤和投影处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种点阵结构拓扑优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：对设计区域采用有限元理论进行离散化处理，得到设计域中的材料点，以及对设计区域施加外载荷，对设计区域的边界自由度进行固定，得到边界条件；将设计区域中的材料点定义为初始拓扑设计变量；对所述初始拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑设计变量；对所述最终拓扑设计变量进行材料插值处理，以及采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息；对所述单元刚度矩阵信息进行集成，得到整体刚度矩阵信息；根据所述外载荷和所述边界条件，从所述整体刚度矩阵信息得到节点位移向量；根据所述节点位移向量，得到结构目标性能约束信息；对所述结构目标性能约束信息进行灵敏度分析，得到其对应的灵敏度信息；基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果。2.根据权利要求1所述的一种点阵结构拓扑优化设计方法，其特征在于，所述对所述初始拓扑设计变量采用双相投影法进行修正处理，得到最终拓扑变量，包括：对所述初始拓扑设计变量进行第一重密度过滤和投影处理，得到第一拓扑变量信息；对所述第一拓扑变量信息进行第二重密度过滤和投影处理，得到第二拓扑变量信息；对所述第一拓扑变量信息和所述第二拓扑变量信息进行叠加处理，得到所述最终拓扑变量。3.根据权利要求1所述的一种点阵结构拓扑优化设计方法，其特征在于，所述采用高阶连续应变梯度理论的本构模型进行单元刚度矩阵计算，得到单元刚度矩阵信息，包括：对所述最终拓扑变量进行材料插值处理，构建应变梯度理论框架下的拓扑优化关系；基于所述应变梯度理论框架下的拓扑优化关系，对所述最终拓扑变量进行单元刚度矩阵计算，得到所述单元刚度矩阵信息。4.根据权利要求1所述的一种点阵结构拓扑优化设计方法，其特征在于，所述基于所述灵敏度信息，更新所述拓扑设计变量，直至所述拓扑设计变量满足收敛条件输出拓扑优化结果，包括：基于所述灵敏度信息，对所述拓扑设计变量进行更新，得到拓扑设计更新变量；判断所述拓扑设计更新变量是否满足收敛条件，若是，输出所述拓扑优化结果，若否，将所述拓扑设计更新变量替换所述拓扑设计变量。5.根据权利要求2所述的一种点阵结构拓扑优化设计方法，其特征在于，所述对所述初始拓扑设计变量进行第一重密度过滤和投影处理，得到第一拓扑变量信息，包括：利用第一过滤函数对所述初始...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘宁，王前选，陈志民，杨艺，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：
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