一种线弹性结构拓扑优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种线弹性结构拓扑优化方法及系统，涉及结构设计领域，该方法，包括：根据尺寸信息和边界信息构建目标线弹性结构的三维模型；采用数值流形法对三维模型进行离散得到网格化模型；确定网格化模型的刚度矩阵和载荷矩阵；采用参数化水平集法，根据网格化模型的节点信息构建水平集插值点；对水平集插值点的水平集值进行初始化，并根据初始化水平集值构建目标线弹性结构的初始拓扑结构；基于刚度矩阵和载荷矩阵，在设定的体积约束下以柔度最小为目标，构建拓扑优化模型；基于迭代的方法，采用拓扑优化模型对初始拓扑结构进行优化，得到目标线弹性结构的最优拓扑结构。本发明专利技术能得到高精度的线弹性结构的拓扑结构。明能得到高精度的线弹性结构的拓扑结构。明能得到高精度的线弹性结构的拓扑结构。

【技术实现步骤摘要】
一种线弹性结构拓扑优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及结构设计领域，特别是涉及一种线弹性结构拓扑优化方法及系统。

技术介绍

[0002]拓扑优化作为一种结构设计方法，能够使结构在满足一定约束条件的情况下，在给定设计空间中找到满足目标性能的最优结构形状。参数化水平集法与其他的拓扑优化方法相比，能够生成清晰、光滑的结构边界。传统的参数化水平集法受限于有限单元的低连续性和高网格要求，在计算精度和复杂边界的精确表示方面受到了较大的限制。因此，如何实现高精度的结构拓扑优化成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术实施例提供一种线弹性结构拓扑优化方法及系统，以提升计算的精度以及边界表示的精确性，从而得到高精度的线弹性结构的拓扑结构。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下方案：
[0005]一种线弹性结构拓扑优化方法，包括：
[0006]获取目标线弹性结构的尺寸信息和边界信息；
[0007]根据所述尺寸信息和所述边界信息构建所述目标线弹性结构的三维模型；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线弹性结构拓扑优化方法，其特征在于，包括：获取目标线弹性结构的尺寸信息和边界信息；根据所述尺寸信息和所述边界信息构建所述目标线弹性结构的三维模型；采用数值流形法对所述三维模型进行离散，得到网格化模型；所述网格化模型包括多个数值流形单元；对所述网格化模型施加位移边界条件，得到所述网格化模型的刚度矩阵和载荷矩阵；采用参数化水平集法，根据所述网格化模型的节点信息构建水平集插值点；所述节点信息包括所述网格化模型中的数学网格节点、数学网格与物理网格的交点及物理域顶点的信息；对所述水平集插值点的水平集值进行初始化，得到初始化水平集值，并根据所述初始化水平集值构建所述目标线弹性结构的初始拓扑结构；基于所述刚度矩阵和载荷矩阵，在设定的体积约束下以柔度最小为目标，构建拓扑优化模型；基于迭代的方法，采用所述拓扑优化模型对所述初始拓扑结构进行优化，得到所述目标线弹性结构的最优拓扑结构；所述最优拓扑结构的柔度满足设定的迭代收敛条件。2.根据权利要求1所述的一种线弹性结构拓扑优化方法，其特征在于，基于迭代的方法，采用所述拓扑优化模型对所述初始拓扑结构进行优化，得到所述目标线弹性结构的最优拓扑结构，具体包括：对于第t次迭代，将第t次迭代下的刚度、第t次迭代下的体积分数、第t次迭代下的载荷以及第t次迭代下的水平集值代入所述拓扑优化模型中，计算第t次迭代的柔度是否满足设定的收敛条件；第1次迭代下的水平集值为所述初始拓扑结构中的初始化水平集值；若是，则将所述第t次迭代下的水平集值确定为最优水平集值，并由所述最优水平集值构建所述目标线弹性结构的最优拓扑结构；若否，则根据灵敏度信息采用移动渐进线算法对第t次迭代下的水平集值进行更新，得到第t+1次迭代下的水平集值；考虑第t次迭代下网格化模型中被切割的数值流形单元的实际积分区域的形状对刚度的影响，对第t次迭代下的刚度进行更新，得到第t+1次迭代下的刚度；将第t次迭代下网格化模型中被切割的数值流形单元的面积与初次迭代时的面积进行比较，得到第t+1次迭代下的体积分数，进入第t+1次迭代。3.根据权利要求1所述的一种线弹性结构拓扑优化方法，其特征在于，对所述水平集插值点的水平集值进行初始化，得到初始化水平集值，具体包括：为所述水平集插值点的水平集值赋初值，得到原始水平集值；水平集值大于0表示相应的插值点为实体区域，水平集值小于0表示相应的插值点为空洞区域；对边界附近区域的水平集插值点的原始水平集值进行顺滑处理，得到顺滑后水平集值；所述边界附近区域包括物理域边界和距离所述物理域边界设定范围的区域；采用顺滑后水平集值对所述原始水平集值进行更新，得到初始化水平集值。4.根据权利要求3所述的一种线弹性结构拓扑优化方法，其特征在于，对边界附近区域的原始水平集值进行顺滑处理，得到顺滑后水平集值，具体包括：对于第一类水平集插值点，按照第一条件进行处理，得到第一顺滑后水平集值；所述第一类水平集插值点为物理域边界上的水平集插值点；所述第一条件，包括：若第一类水平集
插值点的原始水平集值大于0，则将第一类水平集插值点的原始水平集值固定为0；若第一类水平集插值点的原始水平集值小于0，则保持不变；对于第二类水平集插值点，按照第二条件进行处理，得到第二顺滑后水平集值；所述第二类水平集插值点为所述边界附近区域内位于设计域外的水平集插值点；所述第二条件，包括：将第二类水平集插值点的原始水平集值确定为最近基准点的负的符号距离函数；所述最近基准点为第一类水平集插值点中距离第二类水平集插值点最近的水平集插值点；对于第三类水平集插值点，按照第三条件进行处理，得到第三顺滑后水平集值；所述第三类水平集插值点为所述边界附近区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，温伟斌，段晟昱，邓闪耀，王攀，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：