[发明专利]一种将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法

权利要求书

1.一种将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，包括下述步骤：

采用SIMP密度插值模型对悬臂梁或简支梁结构进行拓扑优化，得到拓扑优化结果；

将拓扑优化结果进行图形二值化处理，得到拓扑二值图；

提取拓扑骨架：对拓扑二值图进行边界扩充，构建e-8邻域检测模型，利用骨架提取算法检测拓扑二值图上当前单元e的8邻域的单元值情况，进行非骨架单元识别，舍弃非骨架单元并保留骨架单元，提取得到拓扑骨架图；

设置第一约束准则，所述第一约束准则设定为：边界约束单元和荷载作用线单元在拓扑骨架提取过程中保持为实体单元；

构建骨架节点判断模型，根据骨架节点判断模型对拓扑骨架图的骨架节点单元提取得到骨架节点图；

设置合并准则合并相近骨架节点，所述合并准则设定为：任意两个骨架节点计算距离，设置控制距离值，判定两骨架节点的距离小于所述控制距离值时，取两个骨架节点所连直线的几何中点为新的骨架节点，原有的两个骨架节点删除；

设置第二约束准则，所述第二约束准则设定为：当两个骨架节点的距离小于控制距离值时，且该两个骨架节点的其中一个是边界约束点单元或荷载作用点单元，则合并骨架节点时另一骨架节点归并到边界约束点单元或荷载作用点单元；

任意两个骨架节点之间采用线性插值生成杆件，基于e-8邻域检测模型检测所述杆件路径上的8邻域的单元值情况，识别杆件，判定杆件路径上的8邻域实体单元的总数大于空洞单元的总数时保留杆件，否则舍弃，将保留的杆件生成杆系结构。

2.根据权利要求1所述的将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，所述将拓扑优化结果进行图形二值化处理，具体步骤包括：

所述拓扑优化结果包括实体单元、空洞单元和中间单元，所述图形二值化处理将中间单元向实体单元或空洞单元转化，遍历所有单元，判定当前单元e的单元值小于预设的二值化处理阈值时，则将当前单元e置为空洞单元，否则置为实体单元，最终得到拓扑二值图。

3.根据权利要求1所述的将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，所述对拓扑二值图进行边界扩充，具体步骤包括：将拓扑二值图上、下、左、右各扩充一排空洞单元。

4.根据权利要求1所述的将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，所述检测拓扑二值图上当前单元e的8邻域的单元值情况，进行非骨架单元识别，判断条件包括：

检测拓扑二值图上当前单元e的8邻域是否满足实体单元个数设定阈值范围；

检测拓扑二值图上当前单元e的8邻域是否满足实体单元连续；

检测当前单元e上侧的单元是否满足8邻域内的实体单元不连续；

检测当前单元e左侧的单元是否满足8邻域内的实体单元不连续；

当判断条件均满足时，判定为非骨架单元，循环迭代判断过程直至将所有非骨架单元舍弃。

5.根据权利要求1所述的将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，所述构建骨架节点判断模型，具体步骤包括：

构建多个骨架节点单元的基本判断模型，根据物体的形状旋转不变性原则，将骨架节点单元的基本判断模型旋转90°，180°，270°的得到新增判断模型，将骨架节点单元的基本判断模型与新增判断模型作为骨架节点判断模型。

6.根据权利要求1所述的将连续体拓扑优化结果转换为杆系结构的方法，其特征在于，设置控制距离值，具体步骤包括：

计算从骨架节点中任意选择两个骨架节点连成杆件的排列组合数，将任意两个骨架节点的距离信息储存在上三角矩阵中，上三角矩阵每行取中位数并求和再除以节点数，得到控制距离值。