一种基于影响线的拓扑优化方法及系统

本发明涉及结构设计和优化，尤其涉及一种基于影响线的拓扑优化方法及系统。

背景技术：

1、随着工程设计的不断进步，拓扑优化作为一种重要的设计方法在结构优化领域得到了广泛应用。在拓扑优化中，寻找结构的最佳布局以满足特定性能指标是一个至关重要的问题。传统的拓扑优化方法在梁设计中通常使用单一或多工况荷载进行优化，优化后的结构在给定荷载条件下表现出色，但综合性能较欠缺。可见，现有技术中，工程设计中的拓扑优化方式难以在不同工况下保持合理的受力特征，综合性能较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于影响线的拓扑优化方法及系统，以解决现有技术中，工程设计中的拓扑优化方式难以在不同工况下保持合理的受力特征，综合性能较差的问题。

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影响线的拓扑优化方法，包括以下步骤：

4、s1：构建待优化结构顶面的影响线矩阵；

5、s2：根据预设的不同准则对影响线矩阵进行采样，获得对应于不同准则的节点力矩阵；

6、s3：对所述节点力矩阵使用加权求和进行叠加，并对叠加后的节点力矩阵进行过滤和惩罚处理；

7、s4：基于处理后的节点力矩阵作为荷载矩阵进行有限元分析和拓扑优化。

8、第二方面，本申请提供一种基于影响线的拓扑优化系统，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。

9、有益效果：

10、本发明提供的基于影响线的拓扑优化方法，首先构建待优化结构顶面的影响线矩阵；根据预设的不同准则对影响线矩阵进行采样，获得对应于不同准则的节点力矩阵；对节点力矩阵使用加权求和进行叠加，并对叠加后的节点力矩阵进行过滤和惩罚处理；基于处理后的节点力矩阵作为荷载矩阵进行有限元分析和拓扑优化。这样，实现了影响线设计方法与拓扑优化的结合，扩展了影响线设计方法的应用范围和拓扑优化的应用场景，通过综合考虑不同准则下的节点力分布，实现了在拓扑优化中同时考虑多个性能因素，从而产生更具综合性能的结构设计。能够在不同工况下保持合理的受力特征，并在综合性能方面实现更好的表现，增强了结构的鲁棒性和适用性。

技术特征：

1.一种基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1或2所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述影响线矩阵满足如下关系式：

4.根据权利要求1所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述预设的不同准则包括节点上的最大值、最小值、最大负值、最小负值；

5.根据权利要求4所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述对所述节点力矩阵使用加权求和进行叠加满足如下关系式：

6.根据权利要求4所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述对叠加后的节点力矩阵进行过滤和惩罚处理满足如下关系式：

7.根据权利要求1所述的基于影响线的拓扑优化方法，其特征在于，所述s4包括：

8.一种基于影响线的拓扑优化系统，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7任一所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及结构设计和优化技术领域，公开了一种基于影响线的拓扑优化方法及系统，该方法首先构建待优化结构顶面的影响线矩阵；根据预设的不同准则对影响线矩阵进行采样，获得对应于不同准则的节点力矩阵；对节点力矩阵使用加权求和进行叠加，并对叠加后的节点力矩阵进行过滤和惩罚处理；基于处理后的节点力矩阵作为荷载矩阵进行有限元分析和拓扑优化。实现了影响线设计方法与拓扑优化的结合，扩展了影响线设计方法的应用范围和拓扑优化的应用场景，通过综合考虑不同准则下的节点力分布，实现了在拓扑优化中同时考虑多个性能因素，从而产生更具综合性能的结构设计。

技术研发人员：罗楷明,敬海泉,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：2024/5/6