工业结构的智能化模型重构方法和装置

本申请涉及，尤其涉及工业结构的智能化模型重构方法和装置。

背景技术：

1、结构优化方法广泛应用于航空航天、汽车、机床、建筑、仪器等工业领域，占据研发设计的重要地位，由结构优化获得的工业结构具有广泛的应用范围与巨大的发展潜力。在设计与制造行业发展迅速的现在，大量依赖于人工的传统工业设计流程无法满足各类产品的研发生产要求，设计人员不断追求更短的研发周期、更小的生产成本、更优的产品性能、更便捷的设计方式和更高的产品质量。在工业结构优化设计中，拓扑优化相比于尺寸优化和形状优化，具有更大的设计自由度，能够带来工业设计的全新变革。但是变密度法得到的结果会产生锯齿形边界和灰度单元，无法直接用于后续的参数化设计和制造。水平集法得到的结果为隐式边界，缺乏显式表达。结构优化结果经常包含一些传统制造难于处理的细节，导致制造成本很高甚至无法制造，如果进行盲目的结构修改可能会降低结构的力学性能。传统多通过人工后处理进行模型结果的cad重构，过程繁琐复杂、时间周期长。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的第一个目的在于提出一种工业结构的智能化模型重构方法，解决了现有方法过程繁琐复杂、时间周期长的技术问题，实现了工业结构的全流程工程优化设计。

3、本申请的第二个目的在于提出一种工业结构的智能化模型重构装置。

4、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种工业结构的智能化模型重构方法，包括：基于结构优化结果生成三角形网格模型；对三角形网格模型进行重网格化，得到四边形网格模型；对四边形网格模型进行模型分区和拓扑检查，得到面片布局结果；基于面片布局结果对四边形网格模型进行调和映射与均匀采样，得到采样点；将采样点作为拟合点进行nurbs曲面拟合，得到拓扑优化结构对应的cad模型文件。

5、本申请实施例的工业结构的智能化模型重构方法，基于rosy场的求解、网格模型的四边形布局划分与样条拟合，将结构优化结果自动化、智能化重构为cad模型，实现拓扑优化等方法与cad之间的无缝衔接。对于工业结构的一体化设计和生产制造的实现具有重要的推动作用，从而实现“应用场景-结构优化结果-四边形布局-nurbs曲面-cad模型-形状优化/参数详细设计-生产制造”的全流程工程优化设计。

6、可选地，在本申请的一个实施例中，结构优化结果的生成过程包括：

7、设定工业产品的应用场景及边界条件；

8、基于设定内容进行建模和拓扑优化求解，得到伪密度场/水平集函数场作为拓扑优化结果。

9、可选地，在本申请的一个实施例中，对四边形网格模型进行模型分区和拓扑检查，得到面片布局结果，包括：

10、获得四边形网格模型的多个四边形面片的布局，其中，每个四边形面片均为带有边界的单连通曲面，拓扑同构于圆盘；

11、检查所有四边形面片的拓扑正确性，通过添加重合点或重合边的方式对亏格不为0的面片布局进行二次划分，得到面片布局结果。

12、可选地，在本申请的一个实施例中，基于面片布局结果对四边形网格模型进行调和映射与均匀采样，得到采样点，包括：

13、将四边形网格模型调和映射至平面参数域；

14、在平面参数域内进行均匀采样，获得采样点和对应的空间坐标信息。

15、可选地，在本申请的一个实施例中，将采样点作为拟合点进行nurbs曲面拟合，得到拓扑优化结构对应的cad模型文件，包括：

16、基于拟合点，根据预设曲面阶次与拟合方式进行nurbs曲面拟合，得到nurbs表达的拓扑优化结构对应的cad模型文件，其中，预设的拟合方式为插值拟合或最小二乘近似拟合。

17、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种工业结构的智能化模型重构装置，包括模型生成模块、模型更新模块、模型分区模块、采样模块、拟合模块，其中，

18、模型生成模块，用于基于结构优化结果生成三角形网格模型；

19、模型更新模块，用于对三角形网格模型进行重网格化，得到四边形网格模型；

20、模型分区模块，用于对四边形网格模型进行模型分区和拓扑检查，得到面片布局结果；

21、采样模块，用于基于面片布局结果对四边形网格模型进行调和映射与均匀采样，得到采样点；

22、拟合模块，用于将采样点作为拟合点进行nurbs曲面拟合，得到拓扑优化结构对应的cad模型文件。

23、可选地，在本申请的一个实施例中，装置还包括结构生成模块，具体用于：

24、设定工业产品的应用场景及边界条件；

25、基于设定内容进行建模和拓扑优化求解，得到伪密度场/水平集函数场作为结构优化结果。

26、可选地，在本申请的一个实施例中，模型分区模块，具体用于：

27、获得四边形网格模型的多个四边形面片的布局，其中，每个四边形面片均为带有边界的单连通曲面，拓扑同构于圆盘；

28、检查所有四边形面片的拓扑正确性，通过添加重合点或重合边的方式对亏格不为0的面片布局进行二次划分，得到面片布局结果。

29、可选地，在本申请的一个实施例中，采样模块，具体用于：

30、将四边形网格模型调和映射至平面参数域；

31、在平面参数域内进行均匀采样，获得采样点和对应的空间坐标信息。

32、可选地，在本申请的一个实施例中，拟合模块，具体用于：

33、基于拟合点，根据预设曲面阶次与拟合方式进行nurbs曲面拟合，得到nurbs表达的拓扑优化结构对应的cad模型文件，其中，预设的拟合方式为插值拟合或最小二乘近似拟合。

34、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种工业结构的智能化模型重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构优化结果的生成过程包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述四边形网格模型进行模型分区和拓扑检查，得到面片布局结果，包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述面片布局结果对所述四边形网格模型进行调和映射与均匀采样，得到采样点，包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述采样点作为拟合点进行nurbs曲面拟合，得到所述拓扑优化结构对应的cad模型文件，包括：

6.一种工业结构的智能化模型重构装置，其特征在于，包括模型生成模块、模型更新模块、模型分区模块、采样模块、拟合模块，其中，

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括结构生成模块，具体用于：

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型分区模块，具体用于：

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采样模块，具体用于：

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拟合模块，具体用于：

技术总结
本申请提出了一种工业结构的智能化模型重构方法，包括：基于结构优化结果生成三角形网格模型；对三角形网格模型进行重网格化，得到四边形网格模型；对四边形网格模型进行模型分区和拓扑检查，得到面片布局结果；基于面片布局结果对四边形网格模型进行调和映射与均匀采样，得到采样点；将采样点作为拟合点进行NURBS曲面拟合，得到拓扑优化结构对应的CAD模型文件。采用上述方案的本发明实现了全流程工程优化设计。

技术研发人员：任宏塬,杜建镔,夏博,陈雪乾,张海西,周平章
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21