[发明专利]使用数值导数的结构拓扑优化

权利要求书

1.一种用于执行产品的结构拓扑设计优化的方法，其特征在于，包括：

(a)在其上安装有一个或多个应用模块的计算机系统内，接收产品的设计域和设计目的、至少一个目标设计约束、至少一个宏设计变量和多个场设计变量的定义，所述至少一个宏设计变量与所述产品的设计说明有关，而所述场设计变量控制所述设计域内的材料分布；

(b)基于所述设计域，初始建立候选设计，所述候选设计由包含有多个有限元的有限元分析(FEA)模型表示，每个所述有限元与所述场设计变量中的一个相关联；

(c)通过所述一个或多个应用模块，经FEA计算所述候选设计的至少一个设计约束；

(d)通过所述一个或多个应用模块，在预定的百分比内改变所述至少一个宏设计变量，创建候选设计的至少一种变化；

(e)通过所述一个或多个应用模块，经FEA计算所述至少一种变化的对应的至少一个设计约束；

(f)通过所述一个或多个应用模块，使用多维数据拟合方案来确定关于所述至少一个宏设计变量中的每一个的计算的设计约束的趋势；

(g)通过所述一个或多个应用模块，根据所确定的趋势来更新所述至少一个宏设计变量；

(h)通过所述一个或多个应用模块，使用从紧邻的前一候选设计的FEA获得的结果和更新的至少一个宏设计变量来计算场设计变量的对应值，而创建新的候选设计；以及

(i)重复(c)-(h)直至新的候选设计与紧邻的前一候选设计趋同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个宏设计变量包括所述产品的总质量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将所述场设计变量递增或递减预定的百分比，来实现所述至少一种变化。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过根据所述至少一个宏设计变量的改变来计算对应的场设计变量，进一步实现所述至少一种变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的百分比具有1-10％的范围。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个场设计变量包括所述每个有限元的质量密度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多维数据拟合方案包括元模型。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多维数据拟合方案包括有限差分。

9.一种用于执行产品的结构拓扑设计优化的系统，其特征在于，包括：

主存储器，用于存储一个或多个应用模块的计算机可读代码；

至少一个处理器，与所述主存储器相连，所述至少一个处理器执行所述主存储器内的计算机可读代码，促使所述一个或多个应用模块通过以下方法执行操作：

(a)接收产品的设计域和设计目的、至少一个目标设计约束、至少一个宏设计变量和多个场设计变量的定义，所述至少一个宏设计变量与所述产品的设计说明有关，而所述场设计变量控制所述设计域内的材料分布；

(b)基于所述设计域，初始建立候选设计，所述候选设计由包含有多个有限元的有限元分析(FEA)模型表示，每个所述有限元与所述场设计变量中的一个相关联；

(c)经FEA计算所述候选设计的至少一个设计约束；

(d)通过在预定百分比内改变所述至少一个宏设计变量，创建候选设计的至少一种变化；

(e)经FEA计算所述至少一种变化的对应的至少一个设计约束；

(f)使用多维数据拟合方案来确定关于所述至少一个宏设计变量中的每一个的计算的设计约束的趋势；

(g)根据所确定的趋势来更新所述至少一个宏设计变量；

(h)使用从紧邻的前一候选设计的FEA获得的结果和更新的至少一个宏设计变量来计算场设计变量的对应值，而创建新的候选设计；以及

(i)重复(c)-(h)直至新的候选设计与紧邻的前一候选设计趋同。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少一个宏设计变量包括所述产品的总质量。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，通过将所述场设计变量递增或递减预定的百分比，来实现所述至少一种变化。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，通过根据所述至少一个宏设计变量的改变来计算对应的场设计变量，进一步实现所述至少一种变化。