[发明专利]一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法

权利要求书

1.一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，包括如下内容：

建立包含多种设计变量的点阵材料结构构型；

计算若干样本点数据，即获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性；

基于若干样本点数据，建立映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型；

设置多设计变量对于点阵-实体材料的设计定义域，包括点阵材料定义域和实体材料定义域，并根据映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型，建立点阵-实体多材料插值模型；

构建多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型；

基于点阵-实体多材料插值模型和多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型，计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息，并更新设计变量；

根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化，否则进入下一步骤；

根据更新后的设计变量，判断当前设计变量是否满足材料定义域的更新条件，如果满足，则更新材料定义域，否则不更新；并重新回到计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述多种设计变量指的是点阵材料的定义参数，点阵材料的定义参数包括点阵材料结构构型的宽度参数或长度参数或角度参数或组成系数参数；

在建立点阵材料结构构型中，给出设计变量的变化范围。

4.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性包括点阵材料的相对密度、点阵材料的等效弹性矩阵。

5.根据权利要求3所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述插值模型的拟合关系式根据基于样本点和最小二乘法计算得到的拟合常数和点阵材料的定义参数来确定。

6.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述点阵材料定义域为多种设计变量均介于预定义点阵材料的定义参数的最小值和预定义点阵材料的定义参数的最大值之间。

7.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述实体材料定义域为多种设计变量均大于预定义点阵材料的定义参数的最大值，此时多种设计变量协同变化，且多种设计变量协同变化的范围介于点阵材料的定义参数的最大值和设计变量变化范围的最大值之间。

8.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述点阵-实体多材料插值模型基于点阵材料定义域、实体材料定义域、设计变量和映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型来获取。

9.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述构建多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型后，定义拓扑优化结构参数，并设置优化迭代初始设计。

10.根据权利要求1所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，其特征在于，所述基于点阵-实体多材料插值模型和多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型，计算此时设计变量对应的材料属性，并进行有限元分析，计算得到结构位移，再计算当前设计变量对应的目标函数数值；

使用移动渐进法更新所述的设计变量。