[发明专利]一种实现多样性设计的结构拓扑优化方法

权利要求书

1.一种实现多样性设计的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤100：根据设计初期的概念设计要求选择优化目标及约束，确定n维设计变量的单一构型的连续体结构拓扑优化问题；

步骤200：对结构进行拓扑优化，得到若干多样性的概念设计构型，包括以下子步骤：

步骤201：将m个待求单一构型拓扑优化问题合并为m×n设计变量的m构型拓扑优化问题，合并后优化问题的目标函数通过对单一构型拓扑优化问题的目标函数加权求和的方法获得，合并后优化问题继承并保留单一构型拓扑优化问题的约束函数；

步骤202：对合并后的优化问题额外施加m(m-1)/2个多样性约束，多样性约束函数是关于任意两构型设计变量的函数，用以描述两构型间的差异；

步骤203：采用数学规划方法，对合并后的优化问题进行求解，获得m个多样性拓扑构型；

步骤300：对获得的概念设计构型进行精细的分析、校核，评价各个概念构型的在详细设计要求下的性能表现，筛选出满足设计需求的概念设计构型，通过形状优化和参数优化对概念设计构型进行详细的设计。

2.根据权利要求1所述的实现多样性设计的结构拓扑优化方法，其特征在于，步骤100中单一构型的连续体结构拓扑优化问题的一般列式为：

G_i(u(ρ),ρ)≤0

其中，F为目标函数，u物理场分布函数，x是物质点坐标，ρ(x)是密度场分布函数；G₀为材料用量约束，G_i为功能约束函数，V是材料体积，V_f材料用量体分比，Ω是设计域。

3.根据权利要求1所述的实现多样性设计的结构拓扑优化方法，其特征在于，要获得m个设计构型，多样性设计求解方法的优化列式为：

G(ρ_p,ρ_q)≤η,p,q＝1,2,…,m and p≠q

其中，F为多样性设计问题的加权目标函数，F_i为第i个构型的设计目标函数，α_i为第i个构型的加权系数，是第i个构型的设计约束条件，G各个构型间的多样性约束；ρ_i(x)是密度场分布函数；Ω是设计域。

4.根据权利要求1所述的实现多样性设计的结构拓扑优化方法，其特征在于，对于步骤202中所述的两个构型，多样性约束包括以下形式：

其中，ρ₁(x)、ρ₂(x)为其各自密度场分布。

5.根据权利要求1所述的实现多样性设计的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述数学规划方法包括：线性规划、二次规划及凸规划。