[发明专利]一种三维实体结构拓扑优化方法及系统

权利要求书

1.一种三维实体结构拓扑优化方法，其特征在于，包括：

采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

通过分组匹配确定所述各功能截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型；

其中，所述通过分组匹配确定所述各功能截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型，包括：

通过分组匹配确定所述各功能截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将所述各功能截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面，包括：

选取所述三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；

根据理论力学相关原理，将所述三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；

将主失和主矩分解到所述三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；

将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据所述各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果，包括：

依据各功能截面位置、受载情况以及所述优化结果，基于载荷等效原理在所述三维CAD软件中建立所述各功能截面的结构模型，将所述各功能截面的结构模型导入所述有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将所述优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对所述二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到所述各截面的优化结果。

5.一种三维实体结构拓扑优化系统，其特征在于，包括：

模型构建单元，用于采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

降维单元，用于利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

二维拓扑优化单元，用于对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

三维重构单元，用于通过分组匹配确定所述各功能截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

三维拓扑优化单元，用于根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型；

其中，所述三维重构单元具体用于：

通过分组匹配确定所述各功能截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将所述各功能截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。