[發明專利]一種基于樣條曲線的拓撲優化后幾何模型建模方法

在審

• 申請號: 202010890732.8
• 申請日: 2020-08-29
• 公開（公告）號: CN112182794A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 閻琨;王博;閻軍;李堯;蔡賢輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

本發明公開了一種基于樣條曲線的拓撲優化結果幾何模型建模方法，建立目標結構的雙層模型，并進行網格劃分；對劃分網格后的雙層模型的外層進行拓撲優化，得到拓撲優化后的雙層模型；沿著優化后的雙層模型的外層輪廓線進行控制點選取；采用漸進篩點方法或改進后的漸進篩點方法對取出的控制點進行篩選，得到篩選后的控制點；采用樣條曲線將篩選后的控制點的坐標進行連線，得到雙層模型的輪廓線條；用雙層模型的輪廓線條對機匣雙層薄壁結構的外層進行面切割，得到拓撲優化后幾何模型；該方法結合BP神經網絡訓練結果代替求解影響值δ的過程，篩選后利用樣條曲線進行插值，有效消除了鋸齒狀輪廓，便于加工，該方法將可使拓撲優化結果后處理環節更加的便捷、高效。

技術領域

本發明涉及一種幾何模型建模方法，特別是涉及一種基于樣條曲線的拓撲優化后幾何模型建模方法。

背景技術

工程領域中，拓撲優化技術已越來越多的應用于構件設計中，其中包括航空發動機機匣等薄壁結構。針對于航空發動機機匣結構，采用拓撲優化設計可以更有效的設計材料布局。然而，拓撲優化設計結果往往十分復雜，難以便捷的獲得用于后續環節的幾何模型，這限制了拓撲優化設計的應用范圍。現有的拓撲優化后幾何模型建模方法主要有兩種，一是將優化模型直接在軟件內導出再進行修改；二是探針取點后手動輸入坐標進行建模。然而，無論是哪一種建模方式，都會存在一些不足：

1)直接導出模型操作繁瑣。利用軟件自帶的功能直接將優化后的模型導出，并在草圖上進行修改時，由于一些復雜的模型會產生復雜的曲面，不易操作修改，并且在拉伸時容易出現錯誤，造成建模失敗。

2)取點建模耗費時間，且會出現鋸齒狀輪廓。使用探針取點時是以網格為單位進行操作，需要大量取點以模擬原輪廓，因此建模耗時長、效率低，并且輪廓伴有鋸齒狀。

3)脫離模型建模難以把握輪廓線特征。

發明內容

為了克服以上不足之處，本發明提出了一種基于樣條曲線的拓撲優化結果幾何模型建模方法，一種基于樣條曲線的拓撲優化后幾何模型建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1:建立目標結構的雙層模型，并進行網格劃分；

S2:對劃分網格后的雙層模型的外層進行拓撲優化，得到拓撲優化后的雙層模型；

S3:沿著優化后的雙層模型的外層輪廓線進行控制點選取；

S4:采用漸進篩點方法或改進后的漸進篩點方法對取出的控制點進行篩選，得到篩選后的控制點；

S5:采用樣條曲線將篩選后的控制點的坐標進行連線，得到雙層模型的輪廓線條；

S6:采用雙層模型的輪廓線條對機匣雙層薄壁結構的外層進行面分割，得到拓撲優化后幾何模型。

進一步地，所述漸進篩點方法包括如下步驟：

S4-1-1:定義沿著優化后的雙層模型的外層輪廓線選取的坐標點為初始輸入數組P_t，所述初始輸入數組P_t坐標點的個數為n，排列出其中所有n-1個坐標點的組合，對每一個組合使用樣條曲線進行插值，構造篩選后的n條曲線；

S4-1-2:引入影響值δ表示曲線模擬程度，將篩選后的n條曲線分別與優化后的雙層模型的外層輪廓線進行比較，得到n組δ的取值，選擇δ的取值最小的一組的n-1個坐標點作為新的輸入數組P_t-1，當新的輸入數組P_t-1中的坐標點插值之后的曲線滿足所需曲線的標準，則將新的輸入數組P_t-1中的坐標點作為篩選出來的點；當新的輸入數組P_t-1中的坐標點插值之后的曲線不能滿足所需曲線的標準，則返回S4-1-1。

進一步地，所述改進的漸進篩點方法包括如下步驟：