[发明专利]通过定向优化来设计3D建模对象

说明书

本发明尤其涉及一种用于设计3D建模对象的计算机实现的方法。3D建模对象表示由关于物理特性具有各向异性行为的材料形成的机械部件。该方法包括提供3D有限元网格以及与3D有限元网格相关联的数据。与3D有限元网格关联的数据包括多个力和边界条件。多个力形成多个载荷工况。该方法还包括相对于目标函数优化分布在3D有限元网格上的定向场。目标函数关于物理特性奖励定向连续性。优化是基于3D有限元网格和与3D有限元网格关联的数据的。这构成了用于设计3D建模对象的改进方法。

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，并且尤其涉及一种用于设计表示机械部件的3D建模对象的方法、系统和程序。

背景技术

市场上针对对象的设计、工程和制造提供了许多系统和程序。CAD是计算机辅助设计的缩写，例如，其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，其涉及用于模拟未来产品的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，其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是指一种商业策略，该商业策略帮助企业跨扩展公司概念从产品设想到产品使用寿命结束共享产品数据、应用通用流程以及利用企业知识来开发产品。Dassault Systèmes(商标为CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了工程中枢，其组织产品工程知识；制造中枢，其管理制造工程知识；以及企业中枢，其使得能够实现与工程中枢和制造中枢两者的企业集成和连接。该系统共同提供了开放对象模型，该模型将产品、过程、资源链接在一起以实现动态的、基于知识的产品创建和决策支持，该产品创建和决策支持驱动优化的产品定义、制造准备、生产和服务。

在工业设计的这种背景下，设计3D建模对象正变得越来越重要，该3D建模对象表示由关于物理特性具有各向异性行为的材料形成的机械部件。

以下论文与该领域相关并且在下文中引用：

[1]R.Hoglund和D.E.Smith，Continuous Fiber Angle Topology Optimizationfor polymer Fused Filament,2016

[2]A.A.Safonov，3D topology optimization of continuous fiber-reinforced structures via natural evolution method,2019，

[3]J.Lee，D.Kim，T.Nomura，E.M.Dede和J.Yoo，Topology optimization forcontinuous and discrete orientation design of functionally graded fiber-reinforced composite structures,2018，

[4]N.Ranaivomiarana，F.-X.Irisarri，D.Bettebghor和B.Desmorat，Optimalorthotropy and density distribution of two-dimensional structures,Mathematics and Mechanics of Complex Systems,2018，

[5]T.Nomura，E.M.Dede，T.Matsumori和A.Kawamoto，SimultaneousOptimization of Topology and Orientation of Anisotropic Material usingIsoparametric Projection Method,2015，

[6]B.S.Lazarov，F.Wang和O.Sigmund，Length scale and manufacturabilityin density-based topology optimization,2016，