(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 202211142608.9 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 广州大学 地址 510006 广东省广州市外环西路23 0号 (72)发明人 徐安　王苏军　赵若红　傅继阳　 吴玖荣　 (74)专利代理 机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 1 1543 专利代理师 秦莹 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 全局应力约束的水平集拓扑优化方法及装 置 (57)摘要 本说明书实施例提供了一种全局应力约束 的水平集拓 扑优化方法及装置， 其中， 方法包括： 在水平集目标函数的基础上添加计算单元应力 的有限单元法， 其中， 有限单元法具体包括： 应变 能拉格朗日乘子和应变能约束； 对应变能拉格朗 日乘子进行 更新。 权利要求书7页 说明书15页 附图2页 CN 115422807 A 2022.12.02 CN 115422807 A 1.一种全局应力约束的水平集拓扑优化方法， 其特 征在于， 包括： 在水平集目标函数的基础上添加计算单元应力的有限单元法， 其中， 有限单元法具体 包括： 应变能拉格朗日乘子和应 变能约束； 对应变能拉格朗日乘子中的应 变能拉格朗日乘子进行 更新。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在水平集目标函数的基础上添加计算单元 应力的有限单 元法具体包括： 矩形单元结构离散后， 根据公式1和公式2采用差值表示自然坐标系下四节点矩形单元 内的位移： μ＝ μ1N1+ μ2N2+ μ3N3+ μ4N4 v＝v1N1+v2N2+v3N3+v4N4 公式1； 其中， N1、 N2、 N3、 N4为基于自然坐标的插值函数； μ1、 μ2、 μ3、 μ4表示矩形单元四个节点的横 向位移； V1、 V2、 V3、 V4表示矩形单元四个节点的纵向位移； ξ表示自然坐标下的横轴； η表示自 然坐标系下的竖轴； 根据公式3确定平面应力问题的几何方程； 其中， x表示 坐标轴的x方向， y表示 坐标轴的y方向， εxy表示切应 变， 是偏导数符号； 根据公式4和公式5确定平面应力问题的物理方程： 其中， [D]表示平面应力问题弹性矩阵， 由公式5求得； E表示弹性模量； 基于公式3， 根据公式6、 公式7和公式8将单元内任意一点的应变{ε}用单元节点位移权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115422807 A 2{α }的函数表示 为： { ε }＝[B]{α }  公式6； 其中， { ε}＝{ εx, εy, εxy}T， [B]为应变矩阵， xi和yi分别代表映射前矩形单元中节点的坐 标。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 在水平集目标函数的基础上添加计算单元 应力的有限单 元法具体包括： 根据公式9， 将自然坐标转换成广义 坐标的雅可比矩阵J的行列式： 基于公式4， 根据公式10最终求得 单元中心点处的应力： [σ ]＝[D]×[B]×{α } (3×1)(3×3)(3×8)(8×1)  公式10； 基于第四强度理论， 根据公式1 1计算材料屈服的主 要状态变量畸变能： 其中， 为单元畸变能密度， E为材料弹性模量， v为泊松比， σ1， σ2与σ3分别为单元的第 一、 第二、 第三主应力； 根据应力约束 有： σmises≤σcr  公式12；权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115422807 A 3