(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 20221098462 2.7 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号 (72)发明人 王浩　王江北　张汉玉　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 专利代理师 张文华 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方 法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于改进SIMP的零件结 构拓扑优化方法及装置， 该方法包括加速SIMP算 法， 得到算法加速后的剩余安全裕度， 为后续优 化做准备； 离散化零件结构的模糊边界， 对结构 进行优化； 识别优化后的零件结构特征， 并对其 进行数字化提取和分类； 根据提取的数字化特征 重构零件结构的边界。 本发明提出的优化方法根 据权重系数来分配加速模块中剩余安全裕度的 方法， 将结构单元分为稳定单元与可变单元， 计 算出可变相对密度， 以此为依据对 结构进行最后 以此结构更新。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115310157 A 2022.11.08 CN 115310157 A 1.一种基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特 征在于， 包括 加速SIMP算法， 得到算法加速后的剩余 安全裕度， 为后续优化做准备； 离散化零件结构的模糊边界， 对结构进行优化； 识别优化后的零件结构特 征， 并对其进行 数字化提取和分类； 根据提取的数字化特 征重构零件结构的边界。 2.根据权利要求1所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 所述加 速SIMP算法的方法具体包括 改变SIMP方法的终止条件， 终止条件变为Δ C<＝0.001C1， 其中， ΔC为优化后目标函数改变量， 即第i次目标函数Ci与第i ‑1次目标函数Ci ‑1之 差， C1为首次输入结构初始目标函数值， 最终结束循环时输出的Δ C为剩余安全裕度。 3.根据权利要求2所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 离散化 零件结构的模糊边界具体包括 1)对剩余 安全裕度ΔC进行合理分配， 剩余 安全裕度ΔC的表达式为： 其中， ke为单元的刚度矩阵且为常数矩阵， ue为单元的位移矩阵， ρe为单元的相对密度， Ne为结构中可变单 元的总个数， P为 惩罚因子； 2)根据式1)求出可变单元的平均可变相对密度 将结构中处于变化状态的单元划 分为 四个梯度； 3)计算每 个梯度上的权 重系数ωi， 其中， 为处于该梯度中的单 元总个数， Ne为可变单 元总数； 4)将保存的剩余安全裕度ΔC按权重系数ωi分配至每个梯度， 进行最后一次的结构单 元更新。 4.根据权利要求3所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 识别零 件结构特 征， 并对其进行 数字化提取和分类具体包括 a)将更新后的零件结构二进行值 化处理， 得到全体单 元矩阵； b)通过过滤半径r， 将连续的边界与不连续的边界区分开， 获取全体单元矩阵中的连续 曲线， 并分段保存； c)判断曲线的类型， 将封闭曲线与非封闭曲线分类， 并标记保存； d)得到包 含模型的全部数字化特 征， 保存为xls格式文件。 5.根据权利要求4所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 获取全 体单元矩阵中连续曲线的方法具体包括 通过过滤半径r， 将读取到的边界与已保存的边界左边的距离进行及计算并对比， 存在 超出过滤半径的， 即为下一个孔洞边界的单元， 以此区分， 直至全部特征边界提取并分类完权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310157 A 2成为止， 获得 结构的数字化特 征参数表。 6.根据权利要求5所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 判断曲 线类型的具体方法包括 将提取的参数 特征表中的数据按照分段的曲线 进行逐一判断； 对每条曲线中的参数按照， 第i行的元 素从左到右排序， 每行 元素从上到下排序； 判断i+1行的首行元素的x坐标是否小于第i行的首行元素的x坐标， 若判断结果为 “是”， 进入下一 步， 否则判断为 “非封闭曲线 ”； 读取i+1行元素中的元素个数， 判断该行中是否存在某个元素的x坐标大于第i元素中x 坐标的最大值， 若存在， 判断该段曲线为封闭曲线并进 行标记， 直至所有曲线读取并判断完 成为止； 对分段好的曲线， 进行最后的处理， 按照顺时针方向排序得到完整有序的数字化模型 参数。 7.根据权利要求6所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法， 其特征在于， 重构零 件结构边界的方法具体包括 将获得的xls文件中数据坐标， 在Pat ran中对模型进行 数字化模型重建。 8.一种基于改进SIMP的零件结构拓扑优化的装置， 其特 征在于， 包括： 加速模块， 用于加速SIMP算法， 为后续优化 提供剩余 安全裕度； 边界处理模块， 通过加速模块计算所得的剩余安全裕度， 对加速后的模型进行边界离 散处理， 目的是获得一个清晰稳定的结构， 具体包括可变单元计数模块、 梯度划分模块、 权 重系数计算模块和安全 裕度分配模块； 模型数字化模块， 是将优化后的结构进行模型边界识别、 分类、 提取并将提取到的数字 化特征保存的模块， 具体包括 边界识别模块、 边界分类模块、 排序模块、 数字化保存 模块； 数字化模型重构模块， 通过边界识别模块获得的边界坐标， 将该坐标通过选定的拟合 方法， 将结构的边界重新绘制。 9.一种计算机设备， 其特 征在于， 包括 存储器和处 理器； 所述存储器用于存储计算机可执行指令， 所述处理器用于执行所述计算机可执行指 令， 其中， 所述处理器执行所述计算机可执行指 令时实现权利要求 1‑7所述的基于改进SIMP 的零件结构拓扑优化方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 其存储有计算机指令， 该指令被处理器执 行时实现权利要求1 ‑7所述的基于改进SIMP的零件结构拓扑优化方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310157 A 3