[发明专利]基于变密度法的拓扑优化方法、系统、装置及存储介质

权利要求书

1.基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

确定目标结构的约束条件，所述约束条件是根据所述目标结构的设计区域、荷载、边界条件以及优化目标所确定得到的；

通过变密度法模型输出得到所述约束条件的优化式；

根据所述优化式，通过对凸二次逼近子问题进行求解，得到所述目标结构的结构图，根据所述结构图生成所述目标结构。

2.根据权利要求1所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述通过对凸二次逼近子问题进行求解，得到所述目标结构的结构图这一步骤，其包括：

将所述优化式进行凸二次逼近，对所述优化式的设计区域进行有限元分析得到正定的海森矩阵，根据所述海森矩阵引入曲率参数和位移参数，得到目标函数；

对有限元分析中的有限元单元进行密度滤波；

通过interior-point-convex算法以及密度滤波后的有限元单元，对所述目标函数进行求解得到目标点，所述目标点满足收敛条件；

根据所述目标点生成目标结构的结构图。

3.根据权利要求2所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述通过interior-point-convex算法以及密度滤波后的有限元单元，对所述目标函数进行求解这一步骤，其包括：

对所述目标函数进行预求解，确定所述目标函数不包含不可行问题和/或无界问题；

确定预求解之后的所述目标函数的初始点；

确定预测步和校正步，并确定所述预测步的步长和所述校正步的步长；

根据所述预测步和所述校正步进行预测和校正的迭代，通过迭代过程中的评级函数确定可行度，根据所述可行度停止预测和校正的迭代。

4.根据权利要求3所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述通过interior-point-convex算法以及密度滤波后的有限元单元，对所述目标函数进行求解这一步骤，其还包括：

确定所述目标函数不包含不可行问题或无界问题，且预求解未产生解；

撤销预求解的变换，重新构建所述目标函数。

5.根据权利要求4所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述对所述目标函数进行预求解这一步骤，其包括以下步骤至少之一：

以固定变量替换所述目标函数中上界和下界中的任意一个；

将涉及一个变量线性不等式约束变更为一个边界；

固定涉及一个变量线性等式约束中的变量值；

删除线性约束矩阵中的全零行；

确定所述边界与所述线性约束一致；

将目标函数中仅作为线性项的变量固定为边界值；

添加松弛变量将线性不等式约束更改为线性等式约束。

6.根据权利要求3所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述确定预求解之后的所述目标函数的初始点，其包括；

确定所述初始点的分量存在上界和下界，将所述上界和下界的均值设置为所述分量的值；确定所述初始点的分量仅存在一个边界，将所述分量的值设置在所述边界内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于变密度法的拓扑优化方法，其特征在于，所述变密度法模型包括simp插值模型和ramp插值模型；所述通过变密度法模型输出得到所述约束条件的优化式这一步骤，其包括：

通过所述simp插值模型和/或所述ramp插值模型对所述目标结构中的设计变量进行标准化处理得到所述优化式。

8.基于变密度法的拓扑优化的系统，其特征在于，包括：

约束生成单元，用于确定目标结构的约束条件，所述约束条件是根据所述目标结构的设计区域、荷载、边界条件以及优化目标所确定得到；

约束优化单元，用于通过变密度法模型输出得到所述约束条件的优化式；

结构输出单元，用于根据所述优化式，通过对凸二次逼近子问题的求解得到所述目标结构的结构图，根据所述结构图生成所述目标结构。