[发明专利]一种基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法

权利要求书

1.一种基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

将装备承载结构布局过程离散化为若干承载加强结构在承载结构基体上的累积式生长过程，对于每个承载加强结构的累积式生长过程进行拓扑结构优化，通过拓扑结构优化使得所述承载结构的力学性能达到最优；在拓扑结构优化中承载结构的力学性能以有限细胞描述为基础进行分析计算，所述有限细胞描述是指将承载结构的几何模型用具有规则结构但尺寸存在差异的网格单元进行划分，使所述几何模型的边界以位于该几何模型内的相应网格单元进行表示。

2.根据权利要求1所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述拓扑结构优化具体包括以下步骤：

1)设定承载加强结构初始生长点；

2)以有限细胞描述为基础，寻找承载加强结构的最优生长方向；

3)根据最优生长方向以及生长步长完成承载加强结构的一步生长，将承载加强结构一步生长后的末端点作为下一步生长的生长点；

4)重复步骤2)以及步骤3)，使承载加强结构的拓扑迭代更新，直至满足迭代结束条件。

3.根据权利要求2所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤2)具体包括以下步骤：自生长点向周边分别生长固定长度的承载加强结构，然后计算对应承载结构的力学性能，将力学性能最优时对应的生长角度确定为承载加强结构的生长方向。

4.根据权利要求2所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述迭代结束条件是指承载加强结构的整体体积达到所给定的体积上限。

5.根据权利要求1所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述用具有规则结构的网格单元进行划分具体包括以下步骤：将承载结构的几何模型嵌入到包围盒中，对所述包围盒划分初始网格，对初始网格进行网格细分，通过网格细分恢复所述几何模型的边界。

6.根据权利要求5所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述网格细分采用四叉树或八叉树细化策略。

7.根据权利要求5所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述网格细分包括以下步骤：

a)对初始网格与所述几何模型边界的包含关系进行判断，对于包含几何模型边界的初始网格，则进一步等分；对于不包含几何模型边界的初始网格，则不再继续划分；

b)进一步等分后，对仍包含几何模型边界的网格继续进行等分；

c)重复步骤b)，直至将最终划分得到的网格单元归类为位于几何模型内的网格和位于几何模型外的网格。

8.根据权利要求1所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述力学性能选自应变能。

9.根据权利要求1所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述网格单元采用阶谱网格。

10.根据权利要求1所述基于有限细胞描述的承载结构拓扑优化设计方法，其特征在于：所述承载加强结构选自加强筋。