[發明專利]一種結構拓撲優化方法

有效

• 申請號: 201810979982.1
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109190233B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 魏鵬;汪雯雯
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

1.一種基于可調節寬度水平集帶的結構拓撲優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、對待優化結構的設計域進行離散和有限元網格劃分，導出節點信息、單元信息；

S2、選定待優化結構需要優化的目標函數，根據實際工作狀況對待優化結構施加位移約束條件和荷載；

S3、給定初始水平集帶寬度2Δ_init及各節點的初始水平集函數值φ_Ninit，使材料在設計域范圍內滿布；

S4、將當前的節點水平集函數值φ_N平均插值得到各單元初始水平集函數值φ；

S5、將單元水平集函數值φ通過參數為Δ的映射函數處理得到分布在0-1之間的單元密度值H(φ)，即得到含有中間密度的拓撲結構，Δ表示用于控制中間密度范圍的參數；

S6、對上一步得到的拓撲結構采用基于水平集的拓撲優化方法進行有限元分析，得到當前用于驅動速度場演化的響應量，進而得到新的節點水平集函數值φ_N；

S7、迭代收斂判斷，當優化目標達到標準時，優化迭代結束，執行步驟S8，否則按式Δ＝Δ-Δ_t更新參數Δ值，并重復步驟S4至步驟S7，Δ_t表示預設的每步減小幅度；

S8、輸出優化的結構拓撲。

2.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S1中通過編譯代碼對設計域進行離散和有限元網格劃分。

3.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S1中在有限元建模、分析軟件中對設計域進行離散和有限元網格劃分。

4.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S1中的節點信息包括所有節點的編號及坐標，單元信息包括單元編號以及組成每個單元的節點編號。

5.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于：所述步驟S2中目標函數的優化目標包括結構應變能最小化、結構剛度最大化、動態振動頻率優化。

6.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S2中，位移約束條件的約束信息包括約束點編號及坐標、被約束的自由度，荷載信息包括：受力點編號及坐標、受力方向對應的自由度和受力大小。

7.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S5中的映射函數為Heaviside函數，其表達式如下：

其中，a為接近0的正數，Δ是控制中間密度范圍的參數。

8.根據權利要求1所述的結構拓撲優化方法，其特征在于，所述步驟S7中設定每步減小幅度為Δ_t，初始值為Δ_init，下限為Δ_min；那么在每一步迭代中，可調節的水平集帶寬度為2Δ；當Δ_min取非常接近0的正數時，可調節的水平集帶寬度為接近0的2Δ_min，拓撲結構的中間密度范圍極小，當Δ_min取為0時，則完全去除中間密度，得到具有明確邊界的拓撲優化結果。