[发明专利]一种结果逼近的多目标拓扑优化方法、系统、介质和设备

说明书

本发明公开了一种结果逼近的多目标拓扑优化方法、系统、介质和设备，该方法针对单材料填充的多目标拓扑优化结果集范围小的问题，结合多材料拓扑优化方法，形成更大的整体可行结果域；通过调节多种材料的填充比例实现向目标结果点的逼近，并通过对多材料优化结果集进行多项式插值、近似结果点逆求解，实现了整体可行结果域中目标结果点的获取；在多目标拓扑优化迭代求解过程中，使用变密度法(SIMP)计算微单元等效性能，并通过改进优化准则(OC)将有限元单元的中间单元密度逐步向两极化推进，进而更好达到收敛条件，实现了指定性能的多材料多目标拓扑优化，显著地扩大了整体可行结果域范围，实现对目标结果点的获取。

技术领域

本发明涉及拓扑优化技术领域，具体涉及一种结果逼近的多目标拓扑优化方法、系统、介质和设备。

背景技术

拓扑优化是一种重要的结构优化方法，其目标是寻找在给定约束条件，设计域内最佳拓扑构型。随着科技的发展，各种设备的工作条件愈发复杂，对拓扑优化也提出了更多的要求。单一的性能优化，已经难以应对设备工作时所处的复杂环境的要求。为了得到具有两种以上优异性能的优化结构，需要使用多目标拓扑优化算法。对于传统的多目标拓扑优化，即使可以通过使用不同的目标函数权重组合，得到不同的优化结果，但整体的结果域范围仍然较小，难以直接获得满足设计目标的优化结果。为了迅速得到较广的结果域范围并且较快地得到具体的目标结果点，需要提出新的多目标拓扑优化方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种结果逼近的多目标拓扑优化方法，本发明通过使用多种材料填充扩大结果域范围，修改材料比例逼近目标结果点，实现了指定性能的多材料多目标拓扑优化，显著地扩大了整体可行结果域范围，实现对目标结果点的获取。

本发明的第二目的在于提供一种结果逼近的多目标拓扑优化系统。

本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种结果逼近的多目标拓扑优化方法，包括下述步骤：

定义拓扑优化基本参数，选定多种填充材料；

给定优化结构的各个需求目标函数值；

使用均匀化方法求解选定的各种填充材料的弹性矩阵、热弹性矩阵；

求解单材料优化结果集，以单材料优化结果集为基础组成整体可行结果域，所述单材料优化结果集为：在以各个目标函数值为坐标轴的向量空间中，在当前的材料比例下，遍历所有预设定的目标函数权重采样组合所得到的多目标优化结果点组成的点集；

细分整体可行结果域，缩小目标结果点所在的可行结果子域，调节材料填充比例；

基于当前材料填充比例求解多材料填充的优化结果集；

求解多材料优化结果集中的近似结果点：采用多项式插值方法将多材料优化结果集拟合得到拟合函数，将拟合函数代入预设定的目标函数值逆求解出近似结果点的剩余目标函数值以及拓扑结构；

判断近似结果点是否满足预设的判断条件，若满足，则输出结果，否则，返回细分整体可行结果域，调节材料填充比例步骤，预设的判断条件为：近似结果点的各个目标函数值在误差范围内分别都与各个目标函数的预设定值相等。

作为优选的技术方案，所述填充材料采用实体材料或微结构材料，或者实体材料微结构材料的结合。

作为优选的技术方案，所述目标函数权重采样组合的选定方法具体包括：