(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210602022.X (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 山东大学苏州研究院 (72)发明人 刘继凯　张乘虎　李磊　黄嘉奇　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 任欢 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 113/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构 拓扑优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多变量设计的点阵 ‑ 实体复合结构拓扑优化方法， 解决了现有技术中 存在无法实现多变量设计的点阵 ‑实体复合结构 优化的问题， 具有扩展了点阵材料填充结构的设 计空间的有益效果， 具体方案如下： 一种基于多 变量设计的点阵 ‑实体复合结构拓扑优化方法， 包括建立包含多种设计变量的点阵材料结构构 型； 获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等 效物理属性； 设置多设计变量对于点阵 ‑实体材 料的设计定义域， 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； 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； 根据更新后的设计变量判断优化迭代 的收敛性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115203997 A 2022.10.18 CN 115203997 A 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、 设计变权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203997 A 2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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203997 A 3