(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 202211259464.5 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园区 雅观路13 5号43教学楼 (72)发明人 余杨　崔宇朋　韦明秀　吴静怡　 高睿龙　余建星　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 胡剑辉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋 板拓扑优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于三阶段延拓技术的 二维偏心加筋板拓扑优化方法， 所述方法包括： 建立三维加筋板方体设计域几何模 型， 进行降维 处理， 得到二维偏心加筋板有限元模型； 提出一 种惩罚因子以1渐增的三阶段延拓技术模型解； 基于所述三阶段延拓技术模型对所述二维偏心 加筋板有 限元模型进行材料成本约束下的刚度 拓扑优化设计， 得到最优传力途径和拓扑应变 能。 本发明中的设计对象为偏心加筋板而非同心 加筋板， 更加符合工程实际结构， 提出的三阶段 延拓技术兼顾迭代效率和全局最优性， 此外， 本 发明提出了三维实体加强筋单元 降维至二维偏 心加筋板有限元的策略， 解决了面板与加强筋不 连续和三维 实体单元计算效率低下的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115544841 A 2022.12.30 CN 115544841 A 1.一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 所述方法 包括： 根据加筋板服役的空间区域， 确定三维加筋板方体设计域的几何模型， 对其进行降维 处理， 得到二维偏心加筋板有限元模型； 定义惩罚因子以1渐增的三阶段延拓技 术模型； 基于所述三阶段延拓技术模型对所述二维偏心加筋板有限元模型进行材料成本约束 下的刚度拓扑优化设计， 得到最优传力途径和拓扑应 变能。 2.根据权利要求1所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 所述确定三维加筋板方体设计域的几何模型后， 还 包括域偏置处 理； 其中， 三维加筋板方体设计域几何模型包括面板域和加强筋域， 将面板域偏置于加强 筋域一侧， 得到三维加筋板设计域。 3.根据权利要求2所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 所述降维处理的内容为： 对所述三维加筋板设计域进行网格划分， 得到三维加筋板有 限元模型， 然后进行z向单 元密度均一 化处理， 降维得到二维偏心加筋板有限元模型。 4.根据权利要求1所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 所述三阶段延拓技 术模型的拓扑优化内容 为： 对加筋板进行材料成本约束下的刚度拓扑优化设计， 设置三阶段延拓技术模型， 包括 定义目标函数、 约束条件、 拓扑优化 参数、 拓扑优化 起始点和设计 变量； 将所述目标函数、 约束条件、 拓扑优化参数、 拓扑优化起始点和设计变量， 录入三阶段 延拓技术模型， 对加筋板结构整体应变能S( ρ )进行有限元分析， 直至所述目标函数满足收 敛容差， 得到更新的拓扑优化参数， 及所述更新的拓扑优化参数组成的三阶段延拓技术模 型。 5.根据权利要求4所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 将所述目标函数、 所述约束条件、 所述拓扑优化参数、 所述拓扑优化起始点和所述设计 变量， 录入所述 三阶段延拓技 术模型后还 包括： 对所述目标函数进行 敏感性分析， 以得到 灵敏度信息； 通过灵敏度信息对设计响应进行展开以得到 显示近似 模型。 6.根据权利要求5所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 得到所述显示近似 模型后还 包括： 优化加筋板的单元密度向量ρ， 搜寻KKT点， 以KKT点处单元密度向量ρk数据更新加筋板 单元密度向量ρ， 录入 所述三阶段延 拓技术模 型， 继续对加筋板结构应变能S( ρ )进 行有限元 分析。 7.根据权利要求4所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544841 A 2所述拓扑优化参数包括不同阶段 的KKT点ρk， 目标函数容差ω， 收敛容差ω0， 所述单元 向量的惩罚因子p， 惩罚因子阶跃增量 △p， 变量k。 8.根据权利要求7所述的一种基于三阶段延拓技术的二维偏心加筋板拓扑优化方法， 其特征在于， 所述惩罚因子阶跃增量 △p＝1； 设定变量最大值kmax＝3， 使得三阶段延拓技术包含三 个拓扑优化子问题， 优化迭代效率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544841 A 3