[發(fā)明專利]一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化方法、系統(tǒng)、介質(zhì)和設備

在審

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• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115062510A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭秋松

本發(fā)明公開了一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化方法、系統(tǒng)、介質(zhì)和設備，該方法針對單材料填充的多目標拓撲優(yōu)化結(jié)果集范圍小的問題，結(jié)合多材料拓撲優(yōu)化方法，形成更大的整體可行結(jié)果域；通過調(diào)節(jié)多種材料的填充比例實現(xiàn)向目標結(jié)果點的逼近，并通過對多材料優(yōu)化結(jié)果集進行多項式插值、近似結(jié)果點逆求解，實現(xiàn)了整體可行結(jié)果域中目標結(jié)果點的獲取；在多目標拓撲優(yōu)化迭代求解過程中，使用變密度法(SIMP)計算微單元等效性能，并通過改進優(yōu)化準則(OC)將有限元單元的中間單元密度逐步向兩極化推進，進而更好達到收斂條件，實現(xiàn)了指定性能的多材料多目標拓撲優(yōu)化，顯著地擴大了整體可行結(jié)果域范圍，實現(xiàn)對目標結(jié)果點的獲取。

技術領域

本發(fā)明涉及拓撲優(yōu)化技術領域，具體涉及一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化方法、系統(tǒng)、介質(zhì)和設備。

背景技術

拓撲優(yōu)化是一種重要的結(jié)構優(yōu)化方法，其目標是尋找在給定約束條件，設計域內(nèi)最佳拓撲構型。隨著科技的發(fā)展，各種設備的工作條件愈發(fā)復雜，對拓撲優(yōu)化也提出了更多的要求。單一的性能優(yōu)化，已經(jīng)難以應對設備工作時所處的復雜環(huán)境的要求。為了得到具有兩種以上優(yōu)異性能的優(yōu)化結(jié)構，需要使用多目標拓撲優(yōu)化算法。對于傳統(tǒng)的多目標拓撲優(yōu)化，即使可以通過使用不同的目標函數(shù)權重組合，得到不同的優(yōu)化結(jié)果，但整體的結(jié)果域范圍仍然較小，難以直接獲得滿足設計目標的優(yōu)化結(jié)果。為了迅速得到較廣的結(jié)果域范圍并且較快地得到具體的目標結(jié)果點，需要提出新的多目標拓撲優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術存在的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化方法，本發(fā)明通過使用多種材料填充擴大結(jié)果域范圍，修改材料比例逼近目標結(jié)果點，實現(xiàn)了指定性能的多材料多目標拓撲優(yōu)化，顯著地擴大了整體可行結(jié)果域范圍，實現(xiàn)對目標結(jié)果點的獲取。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化系統(tǒng)。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)。

本發(fā)明的第四目的在于提供一種計算設備。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種結(jié)果逼近的多目標拓撲優(yōu)化方法，包括下述步驟：

定義拓撲優(yōu)化基本參數(shù)，選定多種填充材料；

給定優(yōu)化結(jié)構的各個需求目標函數(shù)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(yōu)化結(jié)果集，以單材料優(yōu)化結(jié)果集為基礎組成整體可行結(jié)果域，所述單材料優(yōu)化結(jié)果集為：在以各個目標函數(shù)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(shù)權重采樣組合所得到的多目標優(yōu)化結(jié)果點組成的點集；

細分整體可行結(jié)果域，縮小目標結(jié)果點所在的可行結(jié)果子域，調(diào)節(jié)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(yōu)化結(jié)果集；

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

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

作為優(yōu)選的技術方案，所述填充材料采用實體材料或微結(jié)構材料，或者實體材料微結(jié)構材料的結(jié)合。

作為優(yōu)選的技術方案，所述目標函數(shù)權重采樣組合的選定方法具體包括：