一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法和系统

本发明涉及结构设计和优化，尤其涉及一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法和系统。

背景技术：

1、工程结构常常由不止一种材料组成，因此，如何在优化设计中考虑双材料乃至多材料的使用至关重要，这不仅能发挥多种材料特性的优势，而且能得到比单材料结构更优的结果。但是，现有的几类多材料优化方法要么概念复杂不易于实施，要么涉及的优化变量过多导致计算量巨大，因此，提出一种易于实施且优化变量较少的多材料优化方法已成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法和系统，以解决现有技术中现有的几类多材料优化方法概念复杂不易于实施，涉及的优化变量过多导致计算量巨大的问题。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，包括：

4、s1：根据工程需要确定初始有限元结构，基于所述初始有限元结构构建以相场连续密度为设计变量的拓扑优化模型；

5、s2：采用完全信息动态博弈的方法确定多材料的优化顺序，基于所述优化顺序将多材料优化问题转换为一系列实体材料与空材料的双材料优化问题；依次求解所述双材料优化问题；在优化过程中保证两种材料在每个单元内的总和不变；

6、s3：至此一次迭代结束，进行下一次迭代直到满足迭代条件后退出迭代过程得到优化的拓扑结构。

7、第二方面，本申请提供一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。

8、有益效果：

9、本发明提供的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，首先根据工程需要确定初始有限元结构，构建以相场连续密度为设计变量的拓扑优化模型；采用完全信息动态博弈的方法确定多材料的优化顺序，将多材料优化问题转换为一系列的实体材料与空材料的双材料优化问题。相比现有技术，本发明利用博弈论的思想进行多材料拓扑优化，不仅简化了多材料优化的流程，而且得到的结构形式多样，为工程师依据各种约束条件选择结构形式提供了多样的选择。可以解决现有技术中现有的几类多材料优化方法概念复杂不易于实施，涉及的优化变量过多导致计算量巨大的问题。

技术特征：

1.一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1或2中任一项所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述拓扑优化模型满足如下关系式：

4.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述基于所述优化顺序将多材料优化问题转换为一系列实体材料与空材料的双材料优化问题，包括：

5.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述依次求解所述双材料优化问题，包括：

6.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述求解所述双材料优化问题时，采用oc优化器进行求解，满足如下关系式：

7.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述s2中的单元通过相场模型进行表示，每个单元内所有材料的相对密度或者体积分数之和为1。

8.根据权利要求6所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述在优化过程中保证两种材料在每个单元内的总和不变，包括：

9.根据权利要求1所述的基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法，其特征在于，所述迭代条件包括：满足最大迭代次数或满足规定的单元密度收敛条件。

10.一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及结构设计和优化技术领域，公开了一种基于博弈论的结构多材料拓扑优化方法和系统，该方法首先根据工程需要确定初始有限元结构，构建以相场连续密度为设计变量的拓扑优化模型；采用完全信息动态博弈的方法确定多材料的优化顺序，将多材料优化问题转换为一系列的实体材料与空材料的双材料优化问题。相比现有技术，本发明利用博弈论的思想进行多材料拓扑优化，不仅简化了多材料优化的流程，而且得到的结构形式多样，为工程师依据各种约束条件选择结构形式提供了多样的选择。可以解决现有技术中现有的几类多材料优化方法概念复杂不易于实施，涉及的优化变量过多导致计算量巨大的问题。

技术研发人员：敬海泉,刘伟轩,何旭辉
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18