[发明专利]一种面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法

权利要求书

1.一种面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤10，将待打印物体的单元打印密度作为插值，计算整体位移向量和整体磁矢量势向量，并根据所述整体位移向量和所述整体磁矢量势向量，生成约束条件，建立磁-结构多物理场拓扑优化模型，其中，所述单元打印密度由单元设计密度空间确定，所述磁-结构多物理场拓扑优化模型中包括目标函数和所述约束条件，灵敏度为所述目标函数对所述单元设计密度空间的灵敏度，所述灵敏度的计算公式为：

式中，ρ_sd,j-1和ρ_sd,j分别表示支撑域的第j-1和第j行的单元设计密度向量，c为所述目标函数，ρ_j为所述单元设计密度空间中第j个单元设计密度向量，为所述单元打印密度空间中第j个单元打印密度向量，n_s为支撑域中单元的个数，P为第一参数，ε为第二参数，Q为第三参数；

步骤20，根据所述灵敏度和所述磁-结构多物理场拓扑优化模型，对所述单元设计密度空间进行迭代更新，当判定所述磁-结构多物理场拓扑优化模型中目标函数的相对误差小于预设阈值时，根据更新后的所述单元设计密度空间对所述待打印物体进行打印。

2.如权利要求1所述的面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法，其特征在于，所述步骤10，其特征在于，具体包括：

步骤11，将所述待打印物体的设计域进行有限元网格划分，并对有限元网格的单元设计密度空间进行过滤，生成单元打印密度空间，所述单元打印密度空间为向量矩阵，所述单元打印密度空间包括多个所述单元打印密度；

步骤12，根据所述单元打印密度空间中的所述单元打印密度，对每一个有限元网格的弹性模量和磁导率进行插值，获得单元弹性模量和单元磁导率；

步骤13，根据所述单元弹性模量和所述单元磁导率，分别对结构场初始单元刚度矩阵、静磁场初始刚度矩阵进行修正，并根据修正后的结构场单元刚度矩阵、静磁场刚度矩阵，计算整体位移向量和整体磁矢量势向量；

步骤14，根据所述整体位移向量和所述整体磁矢量势向量，计算多物理场问题优化目标函数，并结合体积约束条件，建立所述磁-结构多物理场拓扑优化模型。

3.如权利要求2所述的面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法，其特征在于，所述单元设计密度空间和所述单元打印密度空间为向量矩阵。

4.如权利要求2或3所述的面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法，其特征在于，所述单元打印密度空间的计算公式为：

式中，ρ_s表示单元支撑域，P为第一参数，ε为第二参数，为单元支撑域ρ_s中的第k个单元的单元打印密度，Q为第三参数，ρ为单元设计密度空间，ρ_e为单元设计密度。

5.如权利要求2所述的面向增材制造的磁-结构多物理场拓扑优化设计方法，其特征在于，所述单元弹性模量和所述单元磁导率的计算公式为：

其中，为过滤后得到的单元打印密度，E₀为材料的弹性模量，常数E_min为一常数，_r是材料的相对磁导率，P_s是结构场惩罚参数，P_m是磁场惩罚参数。