基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法

技术特征：

1.基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，其特征在于，结合待拓扑优化的电磁结构的有限元网格划分特性，对对称限元矩阵进行调整，提取拓扑结构设计空间内所有的有限元自由度，作为变量的自由度与整个电磁结构中不参与设计的网格自由度分开，通过调整对称限元矩阵中的预设值实现对所述对称限元矩阵的调整；

2.根据权利要求1所述基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，其特征在于，定义一个预设的非金属材料的基本结构的有限元矩阵为kbase，其尺寸定义为nbase，其二进制序列是φbase是一个全零序列，有限元矩阵kbase的元素及其分布由其电磁几何结构决定，不同腔体之间的连接为设计虹膜上的有限元自由度，不同腔体的有限元自由度由设计虹膜分开，将设计虹膜上的所有的有限元网格平移到全局有限元自由度的末端，意味着将虹膜中与全局有限元自由度相关的列和行移到有限元矩阵kbase的末端；通过在kbase上进行基本变换，将设计空间和非设计空间的区域分开，去除了虹膜中的自由度，将不同空腔中的有限元网格分开，使得kbase中有预设数量的块对角矩阵hi、fi；

3.根据权利要求2所述基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，其特征在于，更新电磁结构k(k，q)的拓扑结构φ(k，q)时，需要在转换后的有限元矩阵kbase中的fi和hi中进行修改，删除fi中对应φ(k，q)中有限元网格为金属四边形的非零单元的列和行，并删除hi中对应第i个虹膜中金属四边形有限元网格的列。

4.根据权利要求3所述基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，其特征在于，所述s参数的计算过程包括：

5.根据权利要求4所述基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，其特征在于，计算出不同拓扑结构的s参数，用来验证拓扑结构是否符合设计规格；若计算出的s参数不符合设计规格，则通过以下步骤循环，直到完成优化：

技术总结
本发明公开基于有限元电磁仿真与遗传算法的快速电磁拓扑优化方法，结合待拓扑优化的电磁结构的有限元网格划分特性，对对称限元矩阵调整，待拓扑优化的电磁结构的变化是设计虹膜的金属分布，定义表示拓扑结构的二进制序列φ<supgt;(k,q)</supgt;，k为当前迭代次数，q为遗传优化算法的种群中的第q个电磁结构，φ<supgt;(k,q)</supgt;的大小表示所有四边形单元的个数，φ<supgt;(k,q)</supgt;的元素表示每个四边形单元的材质，改变四边形元素的材质时，EM结构的电磁传输特性也会随之改变，不同二值序列表示设计虹膜上不同材料分布的电磁结构，利用遗传算法更新二进制序列φ<supgt;(k,q)</supgt;以最小化误差函数，误差函数的确定需要电磁响应值，通过遗传算法获得满足设计规范的最佳拓扑结构；本发明加速电磁仿真的效果。

技术研发人员：张佳利,冯枫,金晶,张伟,刘伟,马凯学,张齐军
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5