[发明专利]一种基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法及装置

权利要求书

1.一种基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，包括

加速SIMP算法，得到算法加速后的剩余安全裕度，为后续优化做准备；

离散化零件结构的模糊边界，对结构进行优化；

识别优化后的零件结构特征，并对其进行数字化提取和分类；

根据提取的数字化特征重构零件结构的边界。

2.根据权利要求1所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，所述加速SIMP算法的方法具体包括

改变SIMP方法的终止条件，终止条件变为ΔC＝0.001C1，

其中，ΔC为优化后目标函数改变量，即第i次目标函数Ci与第i-1次目标函数Ci-1之差，C1为首次输入结构初始目标函数值，最终结束循环时输出的ΔC为剩余安全裕度。

3.根据权利要求2所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，离散化零件结构的模糊边界具体包括

1)对剩余安全裕度ΔC进行合理分配，剩余安全裕度ΔC的表达式为：

其中，k_e为单元的刚度矩阵且为常数矩阵，u_e为单元的位移矩阵，ρ_e为单元的相对密度，Ne为结构中可变单元的总个数，P为惩罚因子；

2)根据式1)求出可变单元的平均可变相对密度将结构中处于变化状态的单元划分为四个梯度；

3)计算每个梯度上的权重系数ω_i，

其中，为处于该梯度中的单元总个数，Ne为可变单元总数；

4)将保存的剩余安全裕度ΔC按权重系数ω_i分配至每个梯度，进行最后一次的结构单元更新。

4.根据权利要求3所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，识别零件结构特征，并对其进行数字化提取和分类具体包括

a)将更新后的零件结构二进行值化处理，得到全体单元矩阵；

b)通过过滤半径r，将连续的边界与不连续的边界区分开，获取全体单元矩阵中的连续曲线，并分段保存；

c)判断曲线的类型，将封闭曲线与非封闭曲线分类，并标记保存；

d)得到包含模型的全部数字化特征，保存为xls格式文件。

5.根据权利要求4所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，获取全体单元矩阵中连续曲线的方法具体包括

通过过滤半径r，将读取到的边界与已保存的边界左边的距离进行及计算并对比，存在超出过滤半径的，即为下一个孔洞边界的单元，以此区分，直至全部特征边界提取并分类完成为止，获得结构的数字化特征参数表。

6.根据权利要求5所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，判断曲线类型的具体方法包括

将提取的参数特征表中的数据按照分段的曲线进行逐一判断；

对每条曲线中的参数按照，第i行的元素从左到右排序，每行元素从上到下排序；

判断i+1行的首行元素的x坐标是否小于第i行的首行元素的x坐标，若判断结果为“是”，进入下一步，否则判断为“非封闭曲线”；

读取i+1行元素中的元素个数，判断该行中是否存在某个元素的x坐标大于第i元素中x坐标的最大值，若存在，判断该段曲线为封闭曲线并进行标记，直至所有曲线读取并判断完成为止；

对分段好的曲线，进行最后的处理，按照顺时针方向排序得到完整有序的数字化模型参数。

7.根据权利要求6所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法，其特征在于，重构零件结构边界的方法具体包括

将获得的xls文件中数据坐标，在Patran中对模型进行数字化模型重建。