[发明专利]介观结构优化方法

说明书

一种介观结构优化方法，采用拉丁超立方采样方法构建介观结构设计变量的初始样本点，采用MATLAB平台生成介观结构静态仿真模型的计算文件并提交至软件求解器进行计算，生成有限元仿真结果；最后通过自动化脚本对仿真的输出结果文件进行文本处理与数据提取，将样本点响应值输出为txt文件，完成介观结构优化过程中的建模仿真数据提取的自动化流程。本发明通过MATLAB调用操作系统命令行、有限元分析软件和Python语言，编程实现无GUI界面的仿真建模，在需要求得大量样本点对应的响应值的情况下，通过多次循环可以实现不同样本点下的响应值数据提取，简化了优化过程中多次人工操作的繁琐，提升了优化效率。

技术领域

本发明涉及的是一种工程设计领域的技术，具体是一种采样、建模、仿真、数据提取自动化的介观结构优化方法。

背景技术

介观结构(Mesostructure)是指一类尺度介于宏观和微观之间的结构。常见基于增材制造(3D打印)的介观结构是一类晶格、管束结构(Lattices,trusses,and cellularstructure)，可以人为设计其结构的力学性质、热力学性质或光学性质等。

为了达到结构材料的最优表现，需要对结构进行优化设计。在结构优化设计过程中应用高精度分析模型在提高分析精度和可信度的同时也带来计算耗时的问题，过程中往往需要计算上百次甚至上千次设计变量的响应值。对于介观结构优化设计，一次分析模型的计算包括采样、建模、仿真、数据提取，且每个计算步骤需人工操作完成，总体计算耗时大，效率低，行之有效的流程化计算方法尚且缺乏。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种介观结构优化方法，避免了采样、建模、计算、数据提取过程多个环节中的人工操作；对于大量样本点，避免了样本点之间连续人工操作建模计算的耗时，大大地减少了介观结构优化设计的计算代价，提高了优化设计方法的效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种介观结构优化方法，采用拉丁超立方采样方法构建介观结构设计变量的初始样本点，采用MATLAB平台生成介观结构静态仿真模型的计算文件并提交至软件求解器进行计算，生成有限元仿真结果；最后通过自动化脚本(shell)对仿真的输出结果文件进行文本处理与数据提取，将样本点响应值输出为txt文件，完成介观结构优化过程中的建模仿真数据提取的自动化流程。

所述的拉丁超立方采样方法(Latin Hypercube Sampling，LHS)通过约束随机生成相对均匀的布满设计空间的样本点，每个设计变量的设计空间都被均匀划分，并且每个设计变量水平只使用一次，能以较少样本点反映整个设计空间的特性，计算量少，不受限于设计变量数量与样本点数量，应用较为灵活。

所述的介观结构设计变量用于反映介观结构的主要力学性质，包括：杨氏模量与泊松比，设计变量的不同水平代表不同结构和性质的介观结构。

所述的有限元仿真结果包括静态仿真和动态仿真。

本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：数据采样模块、介观结构模型生成模块、介观结构模型计算模块和仿真结果数据提取模块，其中：数据采样模块与介观结构模型生成模块相连并对介观结构的设计变量进行采样生成训练样本点集并将数据传递给介观结构模型生成模块；介观结构模型生成模块与介观结构模型计算模块相连并进行无界面参数化建模生成介观结构模型，将仿真模型文件传输给介观结构模型计算模块；介观结构模型计算模块与仿真结果数据提取模块相连通过调用系统命令行在软件求解器中提交计算，获取设计变量输出数据并传递给仿真结果数据提取模块；仿真结果数据提取模块对介观结构仿真模型的计算结果数据进行后处理与数据提取并输出保存为文件。

技术效果