【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于智能建造，尤其涉及一種用于先進建造的voronoi多孔結構拓撲優化方法。
技術介紹
1、多孔結構的力學性能主要取決于材料分布密度。拓撲優化技術能夠在給定的設計空間內，在已知的載荷和邊界條件下，對結構材料進行最優分布，使結構的力學性能達到最優。優化設計后的多孔結構在空間中呈梯度分布，在結構抗承載能力、抗屈曲能力和吸能特性等方面有著明顯的優勢。拓撲優化為多孔結構設計提供了一種高效、精確的方法，能夠在保證結構性能的同時，實現結構的輕量化，是現代工程設計中不可或缺的工具。
2、拓撲優化通常涉及大量的迭代計算，尤其是在處理復雜的工程問題時，提高計算效率可以減少設計周期，降低成本，并使設計人員能夠快速響應設計變更。拓撲優化的目的是尋求結構材料在給定設計域內的最佳分布，以最大化或最小化某些設計目標，如結構剛度或重量，具有更好的承載能力，這對于結構設計至關重要。
3、文獻1專利技術人的在審專利2024108087736公開了一種高性能voronoi均質梯度多孔結構的拓撲優化方法，計算效率較低，剛度相對較小，針對此進行進一步改進。
技術實現思路
1、針對現有voronoi梯度多孔結構力學性能不高、計算效率偏低的問題，本專利技術擬解決的技術方案是，提出一種用于先進建造的voronoi均質梯度多孔結構拓撲優化方法。
2、本專利技術解決所述技術問題采用如下的技術方案：
3、一種用于先進建造的voronoi多孔結構拓撲優化方法，所述方法包括以下步
4、步驟1、給定初始結構設計空間r和結構受力條件，用戶指定voronoi多孔結構的建造參數：包括預設的體積分數f，以及結合制造工藝設定多孔單元薄壁寬度t；
5、步驟2、建立delaunay三角形邊長和局部體積分數、等效楊氏模量之間的關系：
6、步驟2-1定義delaunay三角形邊長為h，設定布置區域a，a的面積遠大于邊長h的三角形的面積；在區域a內布滿邊長為h的三角形，隨后提取所有三角形的頂點，根據頂點在a內生成正六邊形骨架，并賦予骨架薄壁寬度l生成建造區域rv，局部體積分數w為rv與a的比值，即w?=rv/a；計算不同delaunay三角形邊長h時對應的w，通過曲線擬合得到表示w與h的映射關系的連續函數曲線w?=f(h)，w取值范圍為（0，1]；
7、步驟2-2在曲線w?=f(h)上均勻選擇若干個點，每個點對應一個h和w值，根據h確定賦予骨架薄壁寬度t后所形成的多孔結構的楊氏模量為e0，根據e*=e0/es確定等效楊氏模量e*，其中es為建造材料的楊氏模量；
8、進而得到不同局部體積分數時對應的等效彈性模量，通過曲線擬合得到表示e*與局部體積分數w的映射關系的連續函數曲線e*=g(w)，e*?取值范圍為（0，1]；
9、步驟3、根據結構的受力條件和優化目標計算最優等效楊氏模量：
10、步驟3-1?采用自定義邊長d的網格單元si離散化設計域，i表示網格單元編號,網格單元si的中心點為ni；以結構剛度最大為目標，采用固體各向同性材料懲罰法迭代計算得到網格單元最優等效楊氏模量ei*；在每次迭代時通過e*與局部體積分數w的映射關系e*=g(w)計算出每個網格單元si的局部體積分數wi，所有網格單元的局部體積分數的總和平均值為多孔結構體積分數f，通過迭代實現對多孔結構體積分數的控制，獲得預設體積分數f下對應的網格單元最優等效楊氏模量ei*，并記錄此時網格單元si對應的局部體積分數wi?；
11、步驟3-2人為設定刪除閾值δ，刪除最優等效楊氏模量值小于刪除閾值δ的區域，刪除之后的區域定義為新優化結構空間r0；
12、步驟4、根據網格單元的局部體積分數構造梯度delaunay三角形；
13、步驟4-1?在新優化結構空間r0內布置邊長相等的delaunay三角形，即正三角形，其邊長小于網格單元si邊長d，三角形的頂點坐標標記為vj，j為三角形頂點編號；
14、步驟4-2?根據網格單元si對應的局部體積分數，通過w與h的映射關系w=f(h)計算每個網格單元si中心點ni處的delaunay三角形恒定邊長hi；
15、步驟4-3?delaunay三角形中心點標記為pk，k為三角形單元編號，在網格單元中心點ni中尋找橫坐標和縱坐標與pk距離均小于網格單元邊長d的點n’i，此時滿足條件的n’i的數量為l個，計算pk到n’i的距離dl，l取值為1、2、…、l，利用n’i對應的恒定邊長h’i根據的距離dl重心插值計算pk處delaunay三角形邊長期望值hk；
16、步驟4-4?通過增加、刪除、調整頂點坐標v(m)?j更新delaunay三角形，每次更新后執行步驟4-3重新計算當前delaunay三角形中心點p(m)?k處的邊長期望值h(m)?k，m為步驟4-3執行的次數；當第m次計算delaunay三角形的所有邊長都接近于第m-1次的邊長期望值h(m-1)?k時，即delaunay三角形的所有邊長與h(m-1)?k相差都小于δ時，停止改變頂點坐標vj，其中δ為設定的容差；
17、步驟5、提取所有delaunay三角形的頂點，生成voronoi多邊形并將其賦予寬度t，生成建造區域。
18、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
19、（1）本專利技術提出采用delaunay三角形重構來生成梯度voronoi多孔結構，將delaunay三角形邊長作為設計變量，根據結構剛度最大獲得的最優等效楊氏模量來構造voronoi多孔結構，實現了材料的優化布局。
20、（2）本專利技術在計算最優等效楊氏模量時結合delaunay三角形邊長與voronoi多孔結構的關系，直接控制最終生成結構的體積分數，提高了計算效率。
21、（3）本專利技術可結合制造工藝設定優化參數，保證制造質量，優化方法可應用于航空航天、汽車等智能制造新材料和新結構領域。
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1.一種用于先進建造的Voronoi多孔結構拓撲優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種用于先進建造的voronoi多孔結構拓...
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