[發明專利]一種結果逼近的多目標拓撲優化方法、系統、介質和設備

在審

• 申請號: 202210664764.5
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115062510A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 王英俊;陳文俊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭秋松

1.一種結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，包括下述步驟：

定義拓撲優化基本參數，選定多種填充材料；

給定優化結構的各個需求目標函數值；

使用均勻化方法求解選定的各種填充材料的彈性矩陣、熱彈性矩陣；

求解單材料優化結果集，以單材料優化結果集為基礎組成整體可行結果域，所述單材料優化結果集為：在以各個目標函數值為坐標軸的向量空間中，在當前的材料比例下，遍歷所有預設定的目標函數權重采樣組合所得到的多目標優化結果點組成的點集；

細分整體可行結果域，縮小目標結果點所在的可行結果子域，調節材料填充比例；

基于當前材料填充比例求解多材料填充的優化結果集；

求解多材料優化結果集中的近似結果點：采用多項式插值方法將多材料優化結果集擬合得到擬合函數，將擬合函數代入預設定的目標函數值逆求解出近似結果點的剩余目標函數值以及拓撲結構；

判斷近似結果點是否滿足預設的判斷條件，若滿足，則輸出結果，否則，返回細分整體可行結果域，調節材料填充比例步驟，預設的判斷條件為：近似結果點的各個目標函數值在誤差范圍內分別都與各個目標函數的預設定值相等。

2.根據權利要求1所述的結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，所述填充材料采用實體材料或微結構材料，或者實體材料微結構材料的結合。

3.根據權利要求1所述的結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，所述目標函數權重采樣組合的選定方法具體包括：

在區間[0，1]內，以預設的步長對多個目標函數的權重進行采樣，對于每一個樣本，求解其余目標函數的權重，并形成一個權重采樣組合，所有預設定的目標函數權重采樣組合為區間[0，1]內全部權重采樣組合的集合。

4.根據權利要求1所述的結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，所述多目標優化結果點的求解步驟包括：

將設計域離散成多個微單元集合；

求解微單元的彈性矩陣、熱彈性矩陣；

對微單元進行有限元求解，得到剛度矩陣、質量矩陣以及熱剛度矩陣；

對設計域整體結構進行有限元求解；

求解各個目標函數，并使用加權平均方法將多個目標函數統一為單一目標函數，求出有限元單元靈敏度；

采用OC法更新有限元單元密度；

判斷是否收斂，若收斂則返回各個目標函數值，若不收斂則返回將設計域離散成多個微單元集合步驟，收斂條件為：前后兩次迭代單元密度的最大改變量小于設定閾值；

求得全部填充材料的優化結果集。

5.根據權利要求1所述的結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，所述以單材料優化結果集為基礎組成整體可行結果域，具體步驟包括：

對于每一個單材料優化結果集，以自身為下邊界，以上方與當前單材料優化結果集空間距離上最靠近的另一個單材料優化結果集為上界，兩個單材料結果集中極端目標函數權重組合的優化結果點對應相連形成的直線作為左右邊界，形成多個局部可行結果域，所有局部可行結果域的并集組成整體可行結果域。

6.根據權利要求1所述的結果逼近的多目標拓撲優化方法，其特征在于，所述細分整體可行結果域，縮小目標結果點所在的可行結果子域，具體步驟包括：在已有的單材料優化結果集或多材料優化結果集的基礎上，以上一次迭代所得的多材料優化結果集為邊界，將目標結果點所在的原可行結果子域進一步細分為多個子區域；

所述可行結果子域為：以材料比例相鄰的優化結果集為上下邊界，極端目標函數權重組合優化結果點相連作為左右邊界所圍成的區域。