[发明专利]一种新型平面结构的设计系统及设计方法

说明书

本发明提出了一种新型平面结构的设计系统，包括：建模模块、分析模块、优化模块、细化模块及显示模块；建模模块用于生成初始模型；分析模块用于求解所述初始模型的刚度矩阵和位移，并计算出设计变量的值；优化模块用于求解出目标函数的结果；之后对所述目标函数的结果迭代优化，获取初始控制点对应的最优设计变量值；细化模块用于获取初始控制点对应的最优化显示控制点；显示模块用于获取最优化模型的云图。本发明将系统分解成五个模块，使得程序更加简洁，同时减少了建模时候的控制点，使得计算的工作量减少，程序运行的速度大幅度提高，并通过对模型的分片和拼接，简化了建模的复杂程度。本发明还提出了一种新型平面结构的设计方法。

技术领域

本发明机械设计技术领域，尤其涉及一种新型平面结构的设计系统及设计方法。

背景技术

机械设计是机械工业中最重要的环节，就是在各种限定的条件下(如材料，加工，理论知识和计算手段等)下设计出最优方案，即做出优化设计。以往设计的优化主要依靠设计者的知识，经验和远见。随着机械工程理论发展和计算机设计软件的应用，使机械设计更加高效，精准。之后等几何理论的发展，使得机械设计优化更加的简单。以NURBS作为基函数的体参数化模型实体表达方法，NURBS高阶连续性保证了存在许多有效且数值稳定的算法来产生和优化体参数模型，而且基于该模型的等几何分析方法具有强大的灵活性、优异的精确性和收敛性等优势，因此一经提出在各领域得到了应用及推进。体参数化模型的控制点控制模型的几何形状，通过NURBS基函数实现体参数化模型的构建，实现材料的连续性表达。传统等几何分析优化设计方法中，利用NURBS曲线表达模型，所以在建立模型时，需给出模型的全部控制点，计算目标函数对设计变量进行优化迭代，得到最优解。

但是以上方法具有很严重的缺点，当模型属于较复杂的模型，或者模型中带有多个孔，给出全部的控制点的方法就显得十分的复杂。因为构成一个圆形，根据NURBS曲线的理论，不仅需要给出控制点的所有坐标，还需要给出控制点的权重。一个复杂的模型的控制点的数量甚至可以达到几百几千个。即使可以给出全部的控制点，在求解目标函数对设计变量的导数时，也会变得异常的繁琐。例如，当优化模型的柔度时，也就是计算目标函数对设计变量的导数，根据公式推导之后，会等效到计算控制点对设计变量的导数，控制点的数量庞大，导致了导数难以求解。当求解出所有的控制点对设计变量的导数后，程序的计算速度就会大大降低。因此，亟需一种新型平面结构设计系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型平面结构的设计系统及设计方法，以解决现有技术中存在的上述问题。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明提出了一种新型平面结构的设计系统，包括：

建模模块，以初始控制点为输入参数，用于生成初始模型；

分析模块，用于求解所述初始模型的刚度矩阵和位移，并计算出设计变量的值；

优化模块，以初始控制点、设计变量的值为输入参数，用于求解出目标函数的结果；之后对所述目标函数的结果迭代优化，获取初始控制点对应的最优设计变量值；

细化模块，用于将最优设计变量值进行细化，以获取初始控制点对应的最优化显示控制点；

显示模块，用于导入最优化显示控制点，以获取最优化模型的云图。

优选地，所述建模模块包括控制点存储子模块、模型生成子模块和目标函数导数计算子模块；

所述控制点存储子模块用以存储所述初始控制点；

所述模型生成子模块用于生成所述初始模型；

所述目标函数导数计算子模块用于计算目标函数对所述设计变量的导数。

优选地，所述分析模块包括刚度矩阵计算组装子模块和位移计算子模块；