(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 202210843225.8 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 王博　徐胜利　周才华　杜凯繁　 田阔　 (74)专利代理 机构 西安正华恒远知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61271 专利代理师 陈选中 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于拓扑优化的柔 性工装设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于拓扑优化的柔性工 装设计方法， 包括S1、 以试验件在整体模型状态 下作为研究对象进行有限元分析， 提取试验件位 移约束点位移以及支反力； S2、 采用局部刚度约 束方法， 对模型局部位移进行约束； S3、 建立拓 扑 优化问题； S4、 对柔性工装进行设计域划分， 并构 建柔性工装的等效构型； S5、 拓扑优化柔性工装 的等效构型， 以获取柔性工装的优化构型； S6、 将 试验件在工装夹持状态下的仿真数据与整体模 型中试验件仿真数据作对比， 若两者差值大于阈 值， 则返回步骤S5； 反之结束。 本发明将拓扑优化 技术应用于柔性工装设计中， 设计过程简单， 通 过对工装进行局部刚度控制， 准确模拟试验件真 实边界条件， 提高试验的真实性。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115329623 A 2022.11.11 CN 115329623 A 1.一种基于 拓扑优化的柔 性工装设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 以试验件在整体模型状态下作为研究对象进行有限元分析， 提取试验件位移约束 点位移以及支反力； S2、 采用局部刚度约束方法， 对 模型局部位移进行约束； S3、 基于试验 件局部位移的约束， 建立拓扑优化问题； S4、 对柔性工装进行设计域划分， 并构建柔 性工装的等效构型； S5、 基于拓扑优化问题， 拓扑优化 柔性工装的等效构型， 以获取柔 性工装的优化构型； S6、 将试验件在工装夹持状态下的仿真数据与整体模型中试验件仿真数据作对比， 若 两者差值大于阈值， 则返回步骤S5； 反 之结束。 2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的柔性工装设计方法， 其特征在于， 所述步骤S1 中的试验件位移约束点位移包括X向位移和Z向位移； 支反力包括X向支反力、 Y向支反力和Z 向支反力。 3.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的柔性工装设计方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中对模型局部位移进行约束， 其局部刚度约束函数为： 其中， uzx表示模型第 z处局部刚度约束 处的位移计算值， uz表示第z处位移约束给定值， Z表示约束位移点的个数； 对局部刚度约束函数进行关于单 元设计变量ρ 的灵敏度求 解： 4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的柔性工装设计方法， 其特征在于， 所述步骤S3 具体包括： 以最小化应变能为目标， 以设计域体积分数小于给定值、 连接处位移与提取位移小于 给定值作为约束条件建立拓扑优化问题： find:ρ ＝{ρ1, ρ2,..., ρN}T min:FTU＝UTKU s.t.:F＝KU 0＜ρmin≤ρe≤1,e＝1,2,. ..,N 其中， K表示结构的总刚矩阵， U表示位移向量， F表示外载荷向量， T表示向量转置， uzx表 示第z处位移计算值， uz表示第z处位移约束值， Z表示约束位移点的个数， ve表示单元体积， V*表示材料体积用量， ρ 表示拓扑单位设计变量， ρe表示某个单元的密度， N表示设计域被离 散为N个单元， ρmin表示密度下限， un表示第n处求 解位移， a表示 位移约束值。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115329623 A 25.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的柔性工装设计方法， 其特征在于， 所述步骤S4 具体包括： 与试验件连接部件构型为基础， 确定试验工装初始构型， 保留工装边界连接处， 其余部 分作为设计域， 完成设计域划分后进 行网格划分， 并提取支反力施加于对应位置的约束点， 设定固支边界条件， 根据提取的支反力设定局部刚度约束条件。 6.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的柔性工装设计方法， 其特征在于， 所述步骤S5 具体包括： 定义收敛 条件， 初始化单 元伪密度， 提供初始迭代点； 采用PDE过滤棋盘格数值， 并通过非线性过 滤降低结构优化 最终灰度； 基于有限元求 解各种结构响应量， 并求 解目标约束函数响应； 更新伪密度， 迭代进行下一轮计算， 进行敏度求解， 求解目标约束函数对物理密度导 数； 求解过滤敏度， 通过链式法则将上一轮对物理密度导数变换为对伪密度导数； 进行优化 求解， 使用移动渐进 线法优化器求 解下一轮伪密度； 进行收敛判断， 判断迭代指标是否满足收敛条件， 若满足条件则优化结束， 反之再次循 环， 进行优化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115329623 A 3