[发明专利]通过拓扑优化来设计机械零件

说明书

本发明尤其涉及一种用于设计建模对象的计算机实现的方法。该方法包括提供有限元网格，与该有限元网格相关联的数据以及一个或多个局部定量约束的非均匀分布。与有限元网格关联的数据包括力、边界条件、参数和全局定量约束。该方法还包括基于有限元网格、与有限元网格相关联的数据以及非均匀分布来执行拓扑优化。该方法通过拓扑优化改进了表示机械零件的建模对象的设计。

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，更具体地，涉及用于设计表示机械零件的建模对象的方法、系统和程序。

背景技术

市场上提供了许多用于对象的设计、工程和制造的系统和程序。CAD是计算机辅助设计的缩写，例如，它涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的缩写，例如，它涉及用于模拟未来产品物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的缩写，例如，它涉及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在这种计算机辅助设计系统中，图形用户界面在技术效率方面起着重要作用。这些技术可以嵌入产品生命周期管理(PLM)系统中。PLM指的是业务策略，可帮助企业在扩展企业的整个概念中共享产品数据、应用通用过程以及利用企业知识来开发从概念到使用寿命结束的产品。达索系统(商标为CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了工程中心(用于组织产品工程知识)，制造中心(用于管理制造工程知识)以及企业中心(用于使企业能够将工程和制造中心集成和连接)。该系统共同提供了开放的对象模型，该对象模型将产品、过程、资源链接在一起，以实现基于知识的动态产品创建和决策支持，从而推动优化的产品定义、制造准备、生产和服务。

其中一些系统提供采用拓扑优化的功能。拓扑优化是一种计算机实现的技术，其将产品设计和物理仿真的领域联系起来。它被用于设计建模对象，该建模对象表示用材料形成、在使用中承受载荷并具有一个或多个约束边界的机械零件。该技术着重于基于修改通常通过有限元分析(FEA)模拟的物理特性和行为来自动生成优化的生成设计。更具体地，拓扑优化通过提供有限元网格(FEM)来工作，例如通过离散化小元素中的设计空间以及与网格相关联的数据。然后，该技术通过关于给定的目标函数(例如，与设计的刚度有关)和一组约束(例如，与允许材料的总量有关)迭代地找到最有效的元素来在给定的离散空间中找到材料的最佳分布和布局。

在这种情况下，需要一种改进的解决方案，用于设计建模对象，该建模对象表示用材料形成的、使用中承受载荷并具有一个或多个约束边界的机械零件。

发明内容

因此，提供了一种用于设计建模对象的计算机实现的方法。所述建模对象表示机械零件。所述机械零件用材料形成。所述机械零件在使用中承受载荷，并且所述机械零件具有一个或多个约束边界。所述方法包括提供有限元网格、与所述有限元网格相关联的数据以及一个或多个局部定量约束的非均匀分布。与所述有限元网格关联的数据包括力、边界条件、参数和全局量约束。所述力表示所述载荷的部分。所述边界条件表示所述一个或多个约束边界的至少部分。所述参数与所述材料有关。所述全局定量约束相对于所述有限元网格中的所述材料的全局定量。所述非均匀分布的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。所述方法还包括基于所述有限元网格、与所述有限元网格相关联的数据以及所述非均匀分布来执行拓扑优化。