(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 20221084647 7.6 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 魏鹏　许伟鹏　何磊　林浩钜　 陈定坤　刘晋嘉　孙倩　范海坚　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 戴晓琴 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于弹性变形可控输出力的结构设计方法、 系统、 设备及 介质 (57)摘要 本发明公开了一种基于弹性变形可控输出 力的结构设计方法、 系统、 计算机设备及存储介 质， 该方法包括： 根据指定输出力的结构确定初 始结构设计和预期输出力， 根据初始结构设计建 立初始模型， 对其进行网格划分并添加相应的材 料属性和位移边界条件， 根据预期输出力确定力 的边界条件， 进而进行分析得到形变结果； 根据 形变结果建立网格模型， 对其施加与初始模型相 同材料属性和位移边界条件， 并施加相应力的边 界条件， 再进行分析得到形变结果； 若本次形变 结果与初始模型中输出力作用位置差值在设定 阈值内， 则输 出网格模型； 否则， 根据差值调整初 始模型力的边界条件并重复上述过程。 利用本发 明设计的结构可以在特定位置产生输出力并能 精确控制输出力大小。 权利要求书2页 说明书12页 附图12页 CN 115358107 A 2022.11.18 CN 115358107 A 1.一种基于弹性变形 可控输出力的结构设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据指定输出力的目标结构， 确定初始结构设计和预期输出力； 所述预期输出力包括 力的大小、 方向和作用位置； 根据所述初始结构设计建立对应的几何模型， 将几何模型作为初始模型； 对所述初始 模型进行网格划分， 并对所述初始模型根据目标结构的材料属性添加材料属性以及施加位 移边界条件； 根据所述预期输出力， 确定初始模型力的边界条件； 对所述初始模型进行有限元分析， 得到初始模型的形变结果； 根据所述形变结果， 建立 新的网格模型； 对所述网格模型施加与初始模型相同的材料属性和位移边界条件， 以及施加预期输出 力的反力作为力的边界条件； 对所述网格模型进行有限元分析， 得到网格模型的形变结果； 若所述网格模型的形变结果中输出力作用位置与所述初始模型中输出力作用位置的 坐标差值在设定误差阈值内， 则输出所述网格模型， 将所述网格模型作为最 终的结构设计； 否则， 根据所述坐标差值调整初始模型力的边界条件， 返回对所述初始模型进行有限元分 析， 并继续执 行后续操作。 2.根据权利要求1所述的结构设计方法， 其特征在于， 所述根据预期输出力， 确定初始 模型力的边界条件， 包括： 根据所述预期输出力的方向， 确定初始模型的整体 变形方向； 根据所述整体 变形方向和所述预期输出力的大小， 设定变形驱动力的方向和大小； 将所述变形驱动力作为初始模型力的边界条件。 3.根据权利要求2所述的结构设计方法， 其特征在于， 所述调 整初始模型力的边界条件 为调整变形驱动力的大小和方向。 4.根据权利要求1所述的结构设计方法， 其特征在于， 对所述初始模型进行网格划分， 得到网格信息； 所述网格信息包括网格的单 元编号、 节点编号以及节点 坐标。 5.根据权利要求4所述的结构设计方法， 其特征在于， 对所述初始模型进行有限元分 析， 得到初始模型的形变结果， 包括： 将所述初始模型的数据按照有限元分析工具可读的格式写入文本文件； 其中， 所述数 据包括初始模型的网格信息、 材 料属性、 位移边界条件和力的边界条件； 根据所述文本文件， 有限元分析工具建立对应的有限元模型； 使用有限元分析工具的求 解器对有限元模型进行求 解， 得到求 解结果文件； 所述求解结果文件即为初始模型的形变结果。 6.根据权利要求1所述的结构设计方法， 其特征在于， 所述根据所述形变结果， 建立新 的网格模型， 包括： 从所述形变结果中提取 各网格节点的位移； 将所述各网格节点的位移加上初始模型中各网格节点的坐标得到新的网格节点坐标， 将新的网格节点 坐标作为 新的节点 坐标建立网格模型。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的结构设计方法， 其特征在于， 所述目标结构为适用于 工程实践或日常生活中使用的结构 构件。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358107 A 28.一种基于弹性变形 可控输出力的结构设计系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 确定模块， 用于根据指定输出力的结构， 确定初始结构设计和预期输出力； 所述预期输 出力包括力的大小、 方向和作用位置； 第一模型建立模块， 用于根据所述初始结构设计建立对应的几何模型， 将几何模型作 为初始模型； 对所述初始模型进行网格划分， 并对所述初始模型根据目标结构的材料属 性 添加材料属性以及施加位移边界条件； 根据所述预期输出力， 确定初始模型力的边界条件； 第一形变结果生成模块， 用于对所述初始模型进行有限元分析， 得到初始模型的形变 结果； 第二模型建立模块， 用于根据 所述形变结果， 建立新的网格模型； 对所述网格模型施加 与初始模型相同的材料属性和位移 边界条件， 以及施加预期输出力的反力作为力的边界条 件； 第二形变结果生成模块， 用于对所述网格模型进行有限元分析， 得到网格模型的形变 结果； 结构设计输出模块， 用于若所述网格模型的形变结果中输出力作用位置与 所述初始模 型中输出力作用位置的坐标差值在设定误差阈值内， 则输出所述网格模型， 将所述网格模 型作为最终的结构设计； 否则， 根据所述坐标差值调整初始模 型力的边界条件， 并返回第一 形变结果 生成模块， 并继续执 行后续操作。 9.一种计算机设备， 包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器， 其特征在 于， 所述处 理器执行存储器存储的程序时， 实现权利要求1 ‑7任一项所述的结构设计方法。 10.一种存储介质， 存储有程序， 其特征在于， 所述程序被处理器执行时， 实现权利要求 1‑7任一项所述的结构设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358107 A 3