[发明专利]一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法

权利要求书

1.一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)对于待优化的宏观结构，其包括多个密度相同的多孔微结构，将一个该多孔微结构设定为初始微结构，设定多个原型微结构的密度，将该原型微结构按照设定的密度大小按照从小到大进行排序，以此获得每个原型微结构的序号，将所述初始微结构作为原型微结构的初始构型；根据原型微结构的密度将(0,1)之间划分为多个密度区间，每个原型微结构的密度对应一个密度区间；

(b)根据原型微结构的初始构型采用均匀化理论计算所述初始构型的等效属性，以所述初始构型的等效属性计算所述宏观结构频率响应J1，利用该频率响应计算获得每个原型微结构的构型；

(c)对于每个原型微结构，根据该原型微结构所对应的密度区间，采用形状插值方法对该原型微结构进行形状插值，以此获得与该原型微结构对应的多个梯度微结构的构型，该多个梯度微结构的构型在所述原型微结构对应的密度区间内呈连续梯度变化；

(d)计算每个梯度微结构的等效属性，利用每个密度区间对应的梯度微结构的等效属性构建预测模型，该预测模型中密度作为输入，等效属性作为输出，以此获得多个密度区间对应的预测模型，利用多个所述预测模型预测宏观结构中每个梯度微结构的等效属性，利用所述梯度微结构的等效属性计算宏观结构的频率响应J2，计算频率响应J1与J2的差值，根据计算的差值按照下列步骤之一进行：

(d1)当二者差值大于二者预设阈值时，以宏观结构的频率响应最小为目标，预设的材料用量为约束条件，构建宏观优化模型，利用该宏观优化模型计算获得所述宏观结构中每个梯度微结构的密度；采用获得的每个梯度微结构的密度对所述宏观结构进行更新，获得更新后的宏观结构；

将所述更新后的宏观结构作为待优化的宏观结构，第一个原型微结构作为初始微结构，所有原始微结构作为初始构型，返回步骤(b)；

(d2)当二者差值小于预设阈值时，根据宏观结构中的每个梯度微结构的密度，对该密度所在密度区间对应的原型微结构进行形状插值，以此获得宏观结构中每个微结构的构型，即获得优化后的宏观结构，实现拓扑优化过程。

2.如权利要求1所述的一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述计算获得每个原型微结构的构型，按照下列步骤进行：

(b1)对于第i个原型微结构，将其作为目标原型微结构，采用参数化水平集的拓扑优化方法对所述初始微结构的构型进行优化，以此获得所述目标原型微结构的构型，即第i个原型微结构的构型；

(b2)将获得的第i个原型微结构的构型作为初始微结构，第i+1个原型微结构作为目标原型微结构，返回步骤(b1)，直至获得所有原型微结构的构型。

3.如权利要求2所述的一种基于连续梯度微结构的多尺度频率响应拓扑优化方法，其特征在于，在步骤(b1)中，获得所述目标原型微结构的构型，优选按照下列步骤进行：

(b21)采用均匀化理论计算每个原型微结构的等效属性；

(b22)以步骤(b)中获得的频率响应J1最小为目标，目标原型微结构的密度为约束条件，构建微观优化模型，计算该微观优化模型获得所述目标原型微结构的构型。