[發明專利]一種基于賦權圖的結構拓撲優化方法、系統以及可讀存儲介質

有效

• 申請號: 202011055613.7
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112182819B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 許平;邢杰;趙慧;姚曙光;趙紫亮;王章駿
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/23;G16C60/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種基于賦權圖的結構拓撲優化方法、系統以及可讀存儲介質，所述方法包括：S1：設置目標體的賦權圖模型所需的設計變量以及部分可調設計變量的上、下界；S2：根據設計變量的上、下界隨機生成第一代個體的數學模型，并基于所述第一代個體的數學模型并利用所述微分進化算法進行迭代運算得到最優數學模型；其中，數學模型是基于上、下界限定范圍內隨機取值得到的一組設計變量表示；S3：將所述最優數學模型轉換為目標體對應的最優結構拓撲構型。本發明利用所述方法實現結構拓撲優化，其過程不需要對單元屬性的梯度進行計算，同時對結構載荷工況也沒有特殊要求，可以較好地應用于動態載荷下的結構拓撲優化問題。

技術領域

本發明屬于拓撲優化方法，具體涉及一種基于賦權圖與雙重自適應微分進化算法的結構拓撲優化方法、系統以及可讀存儲介質。

背景技術

拓撲優化技術一直以來是結構優化問題中的熱點話題。自上世紀80年代以來，相關學者已開發出多種不同類型的拓撲優化方法。其中主要包括變密度法(SIMP)、漸進拓撲優化方法(ESO)及其衍生方法雙向漸進拓撲優化方法(BESO)、水平集方法(Level-set)等。通過借助有限元技術對設計空間進行離散，使用上述方法對設計空間內的部分單元進行屬性調整(密度、厚度)，實現對材料分布的改變，進而實現結構拓撲構型的優化。

上述方法有一個共同的不足之處在于，對單元屬性的調整過程，需要計算單元屬性變化對優化目標的梯度信息，根據梯度最速下降原理，來確定該單元的屬性調整方向以及幅度。因此梯度的計算是上述方法的核心步驟。然而，梯度計算是基于每一個獨立的單元單獨進行的，并不會考慮單元與單元之間的屬性值連續性，因此往往會造成優化結果的邊界模糊，有時甚至是非連續的。而邊界的模糊會對后續的結構實體化與加工制造帶來困擾。另一方面，對于復雜結構，尤其是復雜載荷條件下的結構(動態載荷、沖擊載荷、爆炸載荷等)，求解單元屬性變化的梯度信息是十分困難甚至不可行的。因此，目前上述方法主要應用于靜態載荷下的結構拓撲優化問題。

目前對于動態載荷下的結構拓撲優化方法，主要采用等效靜態載荷法實現工況轉換，從而使上述方法能夠應用。開沃新能源汽車集團有限公司周維飛等人申請的發明專利《一種基于等效靜態載荷法的電池艙防撞梁拓撲優化方法》(CN107729657A)中，采用等效靜態載荷法與變密度法相結合，最終得到一種具有最優結構的客車電池艙防撞梁。廈門大學賈檀等人申請的發明專利《改進雙向漸進法的等效靜載荷法動態響應拓撲優化方法》(CN106372347B)中，將改進的BESO方法應用于等效靜載荷法中作為優化迭代方法，替換掉原始的變密度法，并建立新的收斂條件，從而改進動態響應拓撲優化流程。然而，等效靜態載荷法畢竟是一種等效方法，對于實際工況的模擬勢必會有所誤差，因此通過該方法獲得的最優拓撲構型在實際工況下的表現也會有所偏差；另一方面，對于一些較為復雜的載荷情況，等效靜態載荷的獲取也同樣會面臨困難。因此，對于動態載荷下的結構拓撲優化問題，是現有技術的另一瓶頸和難點。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于賦權圖的結構拓撲優化方法、系統以及可讀存儲介質，所述方法基于賦權圖與雙重自適應微分進化算法來實現結構拓撲優化方法。

一方面，本發明提供一種基于賦權圖的結構拓撲優化方法，包括如下步驟：

S1：設置目標體的賦權圖模型所需的設計變量以及部分可調設計變量的上、下界；

S2：根據設計變量的上、下界隨機生成第一代個體的數學模型，并基于所述第一代個體的數學模型并利用所述微分進化算法進行迭代運算得到最優數學模型；

其中，數學模型是基于上、下界限定范圍內隨機取值得到的一組設計變量表示；

S3：將所述最優數學模型轉換為目標體對應的最優結構拓撲構型。