基于改进二分法的结构拓扑优化方法和系统技术方案

本申请涉及一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法和系统；所述方法包括：基于待优化结构的目标模型和待优化参数，搭建参数程序化模型；在参数程序化模型中将待优化参数设置为变量，并给定目标条件和最小收敛误差；在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，在目标条件和最小收敛误差的双重约束下进行多次迭代，获取待优化参数的最优值。本申请的方案基于有限元分析软件二次开发，嵌入改进二分法对结构部分参数进行协同自动调整，使目标结构快速达到最优化设计；该方法通过程序化迅速得到结构的最优设计，全程避免了人为操作以及有限元软件界面等简单繁琐操作，为结构设计提供了一种便捷且快速的方法流程。一种便捷且快速的方法流程。一种便捷且快速的方法流程。

【技术实现步骤摘要】
基于改进二分法的结构拓扑优化方法和系统


[0001]本申请涉及数字化模型
，具体涉及一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法和系统。

技术介绍

[0002]有限元数值分析软件一般都属于大型软件，能提供各种物理场以及耦合场的分析，根据模型大小以及分析种类对计算资源也有所要求。特别在结构优化设计中，传统数值计算方法已经无法满足情况下，需要借助有限元数值分析软件来进行结构优化。
[0003]相关技术中，通过有限元数值仿真计算来校核结构是否满足应用与设计需求，又需要频繁人为调整计算，非常耗时耗力，也容易导致错误。

技术实现思路

[0004]为至少在一定程度上克服相关技术中存在的通过有限元数值仿真计算进行结构优化时人为操作繁琐，耗费人力且容易出错的问题，本申请提供一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法和系统。
[0005]根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法，包括：
[0006]基于待优化结构的目标模型和待优化参数，搭建参数程序化模型；
[0007]在参数程序化模型中将待优化参数设置为变量，并给定目标条件和最小收敛误差；
[0008]在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，在目标条件和最小收敛误差的双重约束下进行多次迭代，获取待优化参数的最优值。
[0009]进一步地，所述目标模型的建模过程包括：
[0010]确定各项有限元分析所需的参数，将参数的确定与改变程序化；
[0011]设定待优化结构的参数限制值；所述参数限制值包括：待优化结构所能承受的最大许用应力，和/或最大温度。
[0012]进一步地，所述搭建参数程序化模型的步骤包括：
[0013]基于有限元分析软件的二次开发功能对待优化结构进行参数程序化建模。
[0014]进一步地，所述在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，包括如下步骤：
[0015]嵌入第一层次的二分法算法，确定待优化参数的最优值范围；
[0016]基于最优值范围通过二分法进行多次迭代计算。
[0017]进一步地，所述确定待优化参数的最优值范围，包括如下步骤：
[0018]在待优化参数的初始值上连续增加等量值或者可变量值；
[0019]每增加一次数值后，将更新后的数值进行仿真计算，并将最后响应结果与目标值进行对比，直到响应结果值大于目标值截止，从而确定尺寸参数最优值范围。
[0020]进一步地，所述确定待优化参数的最优值范围，包括如下步骤：
[0021]待优化参数的初始值为x，每次的增加量为Δx；
[0022]将x+Δx带入参数程序化模型，重新进行参数化建模，并进行有限元分析；
[0023]若有限元分析的计算结果不满足目标条件，则将优化参数的值再次增加Δx后进行下一轮计算；
[0024]直至待优化参数的值为x+nΔx时满足目标条件，则确定待优化参数的最优值范围在x+(n
‑
1)Δx与x+nΔx之间。
[0025]进一步地，基于最优值范围通过二分法进行多次迭代计算，包括如下步骤：
[0026]将中间值带入参数程序化建模，进行进一轮计算，获得结果数据；
[0027]若结果数据满足目标值，则缩小区间为x+(n
‑
1)Δx到若相应结果不满足目标值，则缩小区间为到x+nΔx；
[0028]取缩小后区间的中间值再次进行迭代计算，直到结果数据满足收敛误差时截止。
[0029]根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于改进二分法的结构拓扑优化系统，包括：
[0030]模型搭建模块，用于基于待优化结构的目标模型和待优化参数，搭建参数程序化模型；
[0031]初始设置模块，用于在参数程序化模型中将待优化参数设置为变量，并给定目标条件和最小收敛误差；
[0032]迭代优化模块，用于在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，在目标条件和最小收敛误差的双重约束下进行多次迭代，获取待优化参数的最优值。
[0033]根据本申请实施例的第三方面，提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序，以实现如上任意一种实施例所述方法的操作步骤。
[0034]根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一种实施例所述方法的操作步骤。
[0035]本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：
[0036]本申请的方案基于有限元分析软件二次开发，嵌入改进二分法对结构部分参数进行协同自动调整，使目标结构快速达到最优化设计；该方法通过程序化迅速得到结构的最优设计，全程避免了人为操作以及有限元软件界面等简单繁琐操作，为结构设计提供了一种便捷且快速的方法流程。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0038]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0039]图1是本专利技术实施例的一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法的流程图。
[0040]图2是本专利技术实施例的一种基于参数协同的改进二分法的快速结构拓扑优化方法
流程图。
[0041]图3是本专利技术实施例的一种多层次二分法计算流程图。
[0042]图4是本专利技术实施例的一种建模后的凳子的三维模型图。
[0043]图5是本专利技术实施例的一种凳子腿直径与最大应力对应关系图。
[0044]图6是本专利技术实施例的一种基于改进二分法的结构拓扑优化系统的框图。
具体实施方式
[0045]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的方法和系统的例子。
[0046]而通过有限元数值仿真计算来校核结构是否满足应用与设计需求，又需要频繁人为调整计算，非常耗时耗量，也容易导致错误。而利用编程语言程序与有限元软件联合仿真，不仅能解决上述问题，同时可以很方便对尺寸参数、边界条件、网格划分以及求解器等环节修改，从而实现了智能化仿真设计流程。
[0047]对于上述有限元仿真与传统二分法的局限性，有必要采取编程语言程序与有限元软件联合仿真获取最优值。本专利技术采用了给定初始值基础上连续增加等量值或者可变量值，在凸优化模型以及最小收敛误差双重约束下快速寻找到目标参数的最优值区间范围，基于最优值范围通过二分法进行多次迭代而获取最优值。
[0048]图1是根据一示例性实施例示出的一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法的流程图。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进二分法的结构拓扑优化方法，其特征在于，包括：基于待优化结构的目标模型和待优化参数，搭建参数程序化模型；在参数程序化模型中将待优化参数设置为变量，并给定目标条件和最小收敛误差；在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，在目标条件和最小收敛误差的双重约束下进行多次迭代，获取待优化参数的最优值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标模型的建模过程包括：确定各项有限元分析所需的参数，将参数的确定与改变程序化；设定待优化结构的参数限制值；所述参数限制值包括：待优化结构所能承受的最大许用应力，和/或最大温度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搭建参数程序化模型的步骤包括：基于有限元分析软件的二次开发功能对待优化结构进行参数程序化建模。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，所述在参数程序化模型中嵌入多层次的二分法算法，包括如下步骤：嵌入第一层次的二分法算法，确定待优化参数的最优值范围；基于最优值范围通过二分法进行多次迭代计算。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定待优化参数的最优值范围，包括如下步骤：在待优化参数的初始值上连续增加等量值或者可变量值；每增加一次数值后，将更新后的数值进行仿真计算，并将最后响应结果与目标值进行对比，直到响应结果值大于目标值截止，从而确定尺寸参数最优值范围。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定待优化参数的最优值范围，包括如下步骤：待优化参数的初始值为x，每次的增加量为Δx；将x+Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹德旭，彭庆军，洪志湖，代维菊，王山，周仿荣，胡锦，徐肖伟，刘红文，孙利雄，郭涛，徐肖庆，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：