[发明专利]通过拓扑优化来设计机械零件

权利要求书

1.一种用于设计建模对象的计算机实现的方法，所述建模对象表示用材料形成的、在使用中承受载荷并且具有一个或多个约束边界的机械零件，所述方法包括：

提供：

有限元网格，

与所述有限元网格相关联并且包括以下各项的数据：

表示所述载荷的部分的力，

表示所述一个或多个约束边界的至少部分的边界条件，

与所述材料有关的参数，

相对于所述有限元网格中的所述材料的全局定量的全局定量约束，以及

一个或多个局部定量约束的非均匀分布，每个局部定量约束相对于所述有限元网格的相应局部区域中的所述材料的相应局部定量；以及

基于所述有限元网格、与所述有限元网格相关联的数据和所述非均匀分布来执行拓扑优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个局部定量约束表示针对所述相应局部定量的相应上限(α_e)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述网格具有元素(e)的集合(Ω)，每个元素具有在所述拓扑优化的迭代期间变化的所述材料的相应相对密度(ρ_e)，所述非均匀分布包括多个局部定量约束每个局部定量约束在相应元素(e)上，每个相应局部定量约束的相应局部区域是所述相应元素(e)的相应邻域(ω_e)，每个相应邻域(ω_e)的相应局部定量是所述相应邻域(ω_e)中的所述材料的相对密度(ρ_e)的相应平均值

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括将所述多个局部体积约束聚集为单个聚合约束(G,G′,G″)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合约束(G,G′,G″)表示所述相应平均值(ρ_e)与所述相应上限(α_e)之间的差的定义在元素(e)的集合(Ω)上的极值的常数边界(0，1)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述极值是最大值，并且所述聚合约束使用可微分函数来近似所述最大值，并且执行所述拓扑优化包括执行基于梯度的优化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述可微分函数是P-范数

8.根据权利要求6或7中一项所述的方法，其中，所述基于梯度的优化是移动渐近线的方法。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括在执行所述拓扑优化之前：

基于所述有限元网格和与所述有限元网格相关联的数据，执行另一种拓扑优化，以及

基于所述另一种拓扑优化的结果来确定所述非均匀分布。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述另一种拓扑优化的结果包括密度场、应变场、应力场和/或压缩场，并且确定所述非均匀分布包括：

基于所述密度场、所述应变场、所述应力场和/或所述压缩场自动确定一个或多个局部定量约束；和/或

显示所述密度场、所述应变场、所述应力场和/或所述压缩场的图形表示，并且经由用户交互来确定一个或多个局部定量约束。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述机械零件是增材制造零件，具有一个或多个功能性外部区域和一个或多个内部区域的零件、和/或车辆零件。

12.一种能够通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法设计的建模对象。

13.一种计算机程序，其包括用于执行根据权利要求1-11中任一项所述的方法的指令。

14.一种计算机可读存储介质，其上记录有根据权利要求12所述的建模对象和/或根据权利要求13所述的计算机程序。

15.一种系统，其包括耦合到存储器的处理器和图形用户界面，所述存储器在其上记录有根据权利要求12所述的建模对象和/或根据权利要求13所述的计算机程序。