CN107609277B

CN107609277B - 融合器的结构拓扑优化方法

Info

Publication number: CN107609277B
Application number: CN201710837740.4A
Authority: CN
Inventors: 丁伟; 蔡方舟
Original assignee: Shanghai Kinetic Medical Co Ltd
Current assignee: Shanghai Kinetic Medical Co Ltd
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: CN107609277A

Abstract

本发明提出一种融合器的结构拓扑优化方法，包括以下步骤：构建一融合器主体、上压块及下压块，上压块和下压块分别设置在融合器主体的上侧和下侧；根据待模拟的测试工况，设置针对融合器主体、和/或针对上压块和下压块并作用在融合器主体上的相互作用关系，设置优化目标；网格化融合器主体，得到若干空间体网格单元，对各个单元进行标识；对融合器主体赋予钛合金材料属性，对上压块和下压块赋予刚体属性；模拟测试工况，在相互作用关系及材料属性的基础上，对测试工况下的各个空间体网格单元进行应力计算；对全部空间体网格单元按应力大小进行排序，根据优化目标删除若干空间体网格单元，得到优化后的融合器主体结构。能够优化融合器结构的应力分布等。

Description

融合器的结构拓扑优化方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及的是一种融合器的结构拓扑优化方法。

背景技术

融合器用来进行脊柱椎间融合，常用于骨科/脊柱外科手术/脊柱融合术中。融合器需要进入体内，甚至需要长期植入在体内中，由于人体的各种运动，需要融合器在各个方向上能够承受不同程度的挤压、扭曲等力的作用。

融合器各个部位所承受的力的大小会较大的差异，融合器结构的最大应力出现在融合器前后的角落处，融合器的前后角处容易发生破坏，但是，融合器侧边的大片区域不承力或承受较小力。而目前，还未有对融合器进行根据应力分布优化结构的方法，因而融合器上通常会形成应力水平两极分化的情况，容易在受力较大的部位发生破坏，缩短融合器的使用寿命，导致可能需要频繁进行手术更换，不仅成本上升，也影响病人的身体情况；同时承力较小的大片区域，则存在着冗余的情况，在手术过程中，这些冗余结构会造成一定的阻碍，妨碍其余结构的容置或操作。

中国专利局公开的申请号为201610440183.8的专利申请文件中，公开了一种柔性铰链的拓扑优化设计方法，包含相对密度、输入和输出端、虚拟弹簧、中点位移、目标函数、灵敏度等多个参数和变量，计算公式复杂不易懂。还需要多次对灵敏度、约束条件和目标函数进行计算，计算繁琐。且其是对二维的柔性铰链进行的优化，非对三维融合器在复合工况下的受力情况进行结构优化。

中国专利局公开的申请号为201410827006.6的专利申请文件中，公开了一种基于拓扑优化及骨重建仿真的个性化椎间融合器设计方法，提到了对融合器进行优化。但其采用变密度法进行优化，是人为引进了一种假想的密度可变的材料，其相对密度和弹性模量之间的关系也是假定的，这会导致由于假定关系的不准确或错误，引起最后结果的一系列错误结论。此外，其采用的优化准则是一种间接的优化方法，它不直接优化目标函数，而是基于Kuhn-Tucker条件，通过构造Lagrange函数来形成设计变量的更新方案，通过迭代完成优化模型的求解。优化模型的求解完成后，将xi接近0的单元移除，实现融合器的优化设计。这种方法不是直接对结果应力或结构进行优化，中间的Kuhn-Tucker条件及Lagrange函数中的各个参数，无法准确控制最后的应力水平，因此需要多次尝试及迭代，从而增加计算成本和计算量。再者，该方法对xi的密度进行变化，其提到密度与弹性模量是个假定的关系，意味着密度变化了，弹性模量也发生变化，这不符合实际情况。在给定材料的条件下，不论材料的多少，其材料属性都是固定的，意味着弹性模量也是固定的。对密度进行变化会带来材料属性(包括弹性模量、断裂属性、塑性端属性)的变化，即把原有材料更换为新的材料，使得最终结果因材料属性发生变化而与实际情况不符。

退一步说，即便更改密度不会带来材料属性的变化，使得优化满足约束条件，然而在计算目标函数的时候，也涉及到了密度，在得到最小的应变能时，是因为某部分单元密度小，导致总体的应变能最小，但未考虑应力的影响。实际计算应变时公式为ε＝σ/E，包含了应力σ与杨氏模量E。根据其专利描述，E与密度相关，但未提及应力的变化关系。使得有可能最后优化结构的最大应力高于材料的许用应力或极限应力，使得优化后结构发生破坏。

关于变化密度的那部分单元，在确定哪部分需要变化密度的时候，需要多次尝试，过程中需要分别更改一个单元(或多个)的多个密度水平，最终才能得到一个总体质量较小的结果。根据排列组合，其是单元数与密度水平的全排列(亦叫阶乘)，可能性非常多。在非常多的组合中选出一中，符合约束和目标函数，计算时间非常多。

中国专利局公开的申请号为201410558933.2的专利申请文件中，公开了一种个性化椎间融合器设计方法中，未提及融合器的结构优化，其只是由病人的CT资料，进而设计出个性化定制的融合器。此融合器可能具有与人骨骼匹配的接触面以及合适的高度，但不一定具有最优的力学性能以及最方便的手术途径和路入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种融合器的基于冯米塞斯应力的，可多工况复合的结构拓扑优化方法，能够优化融合器结构的应力等分布。

为解决上述问题，本发明提出一种融合器的结构拓扑优化方法，包括以下步骤：

S1：构建一融合器主体、上压块及下压块，所述上压块和下压块分别设置在所述融合器主体的上侧和下侧；

S2：根据待模拟的测试工况，设置针对所述融合器主体、和/或针对所述上压块和下压块并作用在所述融合器主体上的相互作用关系，设置优化目标；

S3：网格化所述融合器主体，得到若干空间体网格单元，对各个单元进行标识；

S4：对所述融合器主体赋予钛合金材料属性，对所述上压块和下压块赋予刚体属性；

S5：模拟测试工况，在相互作用关系及材料属性的基础上，对测试工况下的各个空间体网格单元进行应力计算；

S6：对全部空间体网格单元按应力大小进行排序，根据优化目标删除若干空间体网格单元，得到优化后的融合器主体结构。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中，所述待模拟的测试工况为压缩工况和/或敲击工况；

所述压缩工况下的相互作用关系包括：使初始位于所述融合器主体上侧和下侧的上压块和下压块朝向所述融合器主体移动预设距离；

所述敲击工况下的相互作用关系包括：固定所述融合器主体的前端，在所述融合器主体的尾端施加预设力。

根据本发明的一个实施例，在测试工况为多于一个时，所述步骤S5中的各个空间体网格单元的各测试工况下的应力计算结果相加，作为相应空间体网格单元的应力。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中，相互作用关系包括载荷条件、约束条件、接触条件、绑定条件中的一个或几个。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中，优化目标为质量应力优化目标，所述质量应力优化目标为在应力尽可能小或不变的前提上，减小融合器主体预设比例的质量。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S6中，根据质量应力优化目标，删除应力排序较小的若干空间体网格单元，删除的空间体网格单元的比例为所述预设比例，得到优化后的融合器主体结构。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S3包括以下步骤：

S31：用三角形平面拟合融合器主体的外表面，进行面网格划分，生成面网格化后的融合器主体；

S32：以拟合的三角形平面为基础对面网格化后的融合器主体进行体网格，生成四面体网格化后的融合器主体，使得融合器主体的结构空间体网格化，得到若干空间体网格单元。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，根据应力应变曲线将钛合金材料属性划分为弹性段、塑性段和断裂段。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S5中，根据测试工况的相互作用关系，计算离相互作用关系部位预设范围的空间体网格单元上的各个节点在各个自由度下的力和位移，根据计算所得的各个节点的力和位移递推计算相邻下个节点在在各个自由度下的力和位移，从而得到相应测试工况下的各个空间体网格单元的应力。

根据本发明的一个实施例，所述融合器主体的上侧和下侧呈弧面，所述上压块和下压块与所述融合器主体的上侧和下侧接触的表面设置为与所述弧面匹配的弧面结构。

根据本发明的一个实施例，所述优化目标还包括对称优化目标，优化出的融合器主体为上下对称、左右对称或前后对称三者中的一个或几个。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

结构拓扑优化方法基于冯米塞斯应力，可多工况复合，能够优化融合器结构的应力、质量、结构分布；优化后的融合器结构，融合器前后的角落处应力最大点消失，同时，侧壁从低应力区变为中低应力区，整个结构应力分布均匀，两极变化减少，中间应力区分布增加，说明结构设计更加合理，承载力的部位更加广泛及准确；同时，在应力分布优化的基础上，减去了结构上的冗余部分，可以在术中腾出一定空间用来作为其他结构的操作空间或者容置空间。

另外，本方法针对冯米塞斯应力，对其进行排序，根据既定的质量份数或要求，根据冯米塞斯应力，由小到大删减既定份数的单元，达到优化的目的。材料根据真实实测结果得到，保证融合器刚度的前提下，直接删减单元，方法直接便捷，易于实现。

附图说明

图1为本发明一实施例的融合器的结构拓扑优化方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的融合器主体的结构示意图；

图3为本发明一实施例的上压块及下压块的结构示意图；

图4为本发明一实施例的融合器主体、上压块及下压块组合的结构示意图；

图5为本发明一实施例的融合器主体网格化后的结构示意图；

图6为本发明一实施例的融合器主体的单元进行标识后的结构示意图；

图7为本发明一实施例的压缩工况的示意图；

图8为本发明一实施例的敲击工况的示意图；

图9为本发明一实施例的一维单元的示意图；

图10为本发明一实施例的融合器主体优化后的结构示意图；

图11为本发明一实施例的融合器主体未优化的米塞斯应力分布示意图；

图12为本发明一实施例的融合器主体优化后的米塞斯应力分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在一个实施例中，融合器的结构拓扑优化方法，包括以下步骤：

下面结合附图对本发明的融合器的结构拓扑优化方法进行更具体的描述，但不应以此为限。

参看图2至图4，在步骤S1中，在设计平台上，构建一融合器主体、上压块及下压块，可以预先构建之后存储在相应存储模块中，需要设计时将相应的结果从存储模块中调取出，也可以在需要时直接构建。上压块和下压块分别设置在融合器主体的上侧和下侧。初始状态下，上压块和下压块分别接触融合器主体的上侧和下侧，在未进行测试工况前，对融合器主体不产生力的作用，也不发生形变等情况。

建立起模型后，可以先确定一下设计空间与非设计空间，将设计空间设置为可变形体，而非设计空间为刚体，从而只能针对设计空间做结构改变。在本实施例中，融合器主体为设计空间，即需要优化设计的零件或构件；非设计空间，即不需要优化设计的零件或构件。

接着执行步骤S2，根据待模拟的测试工况，设置针对融合器主体、和/或针对上压块和下压块并作用在所述融合器主体上的相互作用关系，设置优化目标。

融合器主体具有较多的工况，例如压缩、敲击、剪切、旋转、前屈后伸、侧弯、扭转等的单个工况或复合工况。不同的工况需要设置不同的相互作用关系，相互作用关系有载荷、约束、接触、绑定等，载荷是作用于融合器主体上的力、位移、压强或其它作用，约束包括强制位移约束和完全固定约束(固定不动)，接触是对融合器主体与压块接触的两个面设置为光滑无摩擦接触属性、并采用拉格朗日罚函数控制接触入侵，绑定是指结构之间必须要在一起，不能分离。根据工况，可以将相互作用关系设置为包括载荷条件、约束条件、接触条件、绑定条件中的一个或几个。

在一个实施例中，步骤S2中，待模拟的测试工况为压缩工况和/或敲击工况。换言之，压缩工况和敲击工况可以单独存在、或者同时存在。

参看图7，压缩工况下的相互作用关系包括：使初始位于所述融合器主体上侧和下侧的上压块和下压块朝向所述融合器主体移动预设距离。具体的，如图中箭头所示，上压块和下压块相对地向中间移动1mm，模拟压缩过程，此工况中包含了约束条件和接触条件，当然，移动距离不限于1mm，小于融合器主体上下方向上的高度即可。

参看图8，敲击工况下的相互作用关系包括：固定所述融合器主体的前端，在所述融合器主体的尾端施加预设力。具体的，如图中圆锥头所示，固定融合器前端，如图中箭头所示，在融合器的尾端施加500N的力，模拟敲击过程中施加的力，当然，施加的力也可以小于500N。

步骤S2中，所设置的优化目标，可以在相互作用关系、测试工况及材料属性的情况下，使得融合器主体在结构上优化应力分布，并能够实现轻量化。优选的，优化目标为质量应力优化目标，质量应力优化目标为在应力尽可能小或不变的前提上，减小融合器主体预设比例的质量。

更优的，优化目标还可以包括形状控制优化。优化目标还包括对称优化目标，优化出的融合器主体为上下对称、左右对称或前后对称三者中的一个或几个。

参看图5和6，接着执行步骤S3，网格化融合器主体，得到若干空间体网格单元，对各个单元进行标识，可以进行编号进行标识。

优选的，步骤S3的网格化融合器主体步骤进一步包括以下步骤：

S32：以拟合的三角形平面为基础对面网格化后的融合器主体进行体网格，生成四面体网格化后的融合器主体，使得融合器主体的结构空间体网格化，得到若干空间体网格单元。以表面的三角形平面为基础，将融合器主体通过四面体结构完整网格化。

四面体网格化可以将融合器主体完整划分，能够通过这些四面体结构单元完整复原融合器主体，且四面体的自由度相对较少，能够简化后续矩阵运算，处理效率更高。

在呈四面体的空间体网格单元具有四个角部节点，优选的是，对全部的角部节点也进行标识。对节点和单元进行编号，便于后续进行展示，便于识别和追踪。

接着执行步骤S4，对所述融合器主体赋予钛合金材料属性，对所述上压块和下压块赋予刚体属性。

优选的，在步骤S4中，根据应力应变曲线将钛合金材料属性划分为弹性段、塑性段和断裂段。应力应变曲线中，斜率不变的一段作为弹性段，斜率逐渐减小而单调上升的一段作为塑性段，斜率逐渐正大而单调下降的一段作为断裂段。将融合器主体分为上述三段式的钛合金材料属性，可以使得结构体更逼近实际的融合器，进而使得优化结果更准确。

其中，弹性段的弹性模量为135000Mpa。

塑性段采用Johnson-Cook模型，表达形式为：

σ为等效应力；B、n为应变硬化系数；A为参考应变率和参考温度下的屈服应力；ε为等效塑形应变；C为应变率敏感系数；

为无量纲应变率，

为参考应变率；m为温度敏感性系数；T拟＝(T-Tr)/(T m-T r)为无量纲化温度，T m为材料熔点，T r为参考温度。

断裂段采用Johnson-Cook模型，表达形式为：

D1～D5为材料参数；

η为应力三轴度，p为静水压力，σ等效应力。

上述各个参数具体属性如下表(1)所示：

表(1)

接着执行步骤S5，模拟测试工况，在相互作用关系及材料属性的基础上，对测试工况下的各个空间体网格单元进行应力计算。

优选的，步骤S5中，根据测试工况的相互作用关系，计算离相互作用关系部位预设范围的空间体网格单元上的各个节点在各个自由度下的力和位移，根据计算所得的各个节点的力和位移递推计算相邻下个节点在在各个自由度下的力和位移，从而得到相应测试工况下的各个空间体网格单元的应力。

进一步的，根据以下公式计算各个节点自由度的力和位移的公式：根据σ＝Eε＝F/A(1)，ε＝u/L(2)，推出，F＝(AE/L)*u(3)；其中，K＝AE/L，σ为节点主应力，u为节点位移，ε为应变，E为杨氏模量，F为力，L为一维单元的长度，A为单元的截面积，K为刚度矩阵；计算的时候，通常知道F或u中的一个，K为已知。因此，通过公式(3)，知道F或u中的一个，即可求出另外一个。此处的单元，为通过两个节点相连所构成的一维单元。如图9所示。

每次计算只考虑一个自由度，剩余的自由度暂假设为0，代入公式(3)得到各个自由度上的方程式，联立，得到如下矩阵1进行运算，求解得到各个自由度的力或位移。

矩阵1

其中，F_ix是i节点在x方向上收到的力，F_iy是i节点在y方向上受到的力F_iz是i节点在z方向上受到的力；M_ix是i节点在x方向上受到扭矩，M_iy是i节点在y方向上受到扭矩，M_iz是i节点在z方向上受到扭矩；F_jx是j节点在x方向上受到的力，F_jy是j节点在y方向上受到的力F_jz是j节点在z方向上受到的力；M_jx是j节点在x方向上受到扭矩，M_jy是j节点在y方向上受到扭矩，M_jz是j节点在z方向上受到扭矩；K₁₁、K₁₂……K₁₂₁₂为各个公式中的刚度系数。U_ix为i节点在x方向上的位移，V_iy为i节点在y方向上的位移，W_iz为i节点在z方向上的位移；θ_ix为i节点在x方向上的角位移，θ_iy为i节点在y方向上的角位移，θ_iz为i节点在z方向上的角位移；U_jx为j节点在x方向上的位移，V_jy为j节点在y方向上的位移，W_jz为j节点在z方向上的位移；θ_jx为j节点在x方向上的角位移，θ_jy为j节点在y方向上的角位移，θ_jz为j节点在z方向上的角位移。

对于本实施例中给定的单元，一个四面体单元有4个节点，每个节点有6个自由度，因此一个单元的自由度有4*6＝24，一个单元的F或u计算过程如下：

步骤1)假设第一个自由度≠0，并且其它所有自由度＝0，生成方程1；

步骤2)假设第二个自由度≠0，并且其它所有自由度＝0，生成方程2；

......

步骤n)假设第n个自由度≠0，并且其它所有自由度＝0，生成方程n；

步骤n+1)所有方程相加，1+2+3+4……+n。

步骤n+1会得到一个类似矩阵1的刚度矩阵方程。求解上述矩阵，即可解出对应变量。变量根据测试工况而定，压缩工况下，相互作用关系为位移，求解出的是力以及其它节点的位移，进而可以计算出相应单元的应力。

在一个实施例中，在测试工况为多于一个时，所述步骤S5中的各个空间体网格单元的各测试工况下的应力计算结果相加，作为相应空间体网格单元的应力。

接着执行步骤S6，对全部空间体网格单元按应力大小进行排序，根据优化目标删除若干空间体网格单元，参看图10，得到优化后的融合器主体结构。

在一个实施例中，优化目标为质量应力优化目标，质量应力优化目标为在应力尽可能大的前提上减小融合器主体预设比例的质量。在步骤S6中，根据质量应力优化目标，删除应力排序较小的若干空间体网格单元，删除的空间体网格单元的比例为预设比例，得到优化后的融合器主体结构。

根据空间体网格单元的应力，由大到小选择并展示空间体网格单元，或，根据空间体网格单元的应力，由小到大删除空间体网格单元。

例如，优化目标是减少融合器主体20％的质量，那么就意味着要减少20％的空间体网格单元，而这些空间体网格单元是按应力大小排序后的应力较小者。

优选的，融合器主体的上侧和下侧呈弧面，所述上压块和下压块与所述融合器主体的上侧和下侧接触的表面设置为与所述弧面匹配的弧面结构。

下面按照保留或展示的单元进行有限元分析，核实结构的最大应力及设计指标。

米塞斯应力是第四屈服准则，是衡量应力水平的主要指标，常用来描绘联合作用的复杂应力状态。其是正应力和剪切应力综合的概念，考虑了第一、第二、第三主应力，可以用来对疲劳、破坏等的评价，因此米塞斯应力指标应首先考虑。

当计算出的米塞斯应力高于材料的屈服应力时，说明该结构在米塞斯应力最大值的地方有可能发生破坏；当计算出的米塞斯应力低于材料的屈服应力时，说明该结构不会发生破坏，是安全的。

参看图11和12，通过对优化前后的米塞斯应力分布对比，可以看出：优化后的结构，其米塞斯应力最大值为86.31MPa；优化前的结构，其米塞斯应力最大值为129.6MPa；优化后的米塞斯应力最大值低于优化前的米塞斯应力最大值。说明优化后的结构可以明显降低米塞斯应力约33.4％，同时材料减少约15％。

其次，通过观察结构的灰度分布云图可以看出，不同灰度代表不同的应力水平，亮色代表应力较大水平，暗色代表应力较小水平，中间的过度颜色代表最大应力与最小应力中间的应力水平。优化前，融合器结构的最大应力出现在融合器前后的角落处，并且融合器侧边暗色区域较多，说明融合器的前后角处容易发生破坏，然而，融合器侧边的大片区域不承力或承受较小力，形成应力水平两极分化的情况。优化后的融合器结构，融合器前后的角落处应力最大点消失，同时，侧壁的颜色有原来的较暗有所增亮，也就是从低应力区变为中低应力区。整个结构应力分布均匀，两极变化减少，中间应力区分布增加，说明结构设计更加合理，承载力的部位更加广泛及准确；同时，在应力分布优化的基础上，减去了结构上的冗余部分，可以在术中腾出一定空间用来作为其他结构的操作空间或者容置空间。

本发明实施例的结构拓扑优化方法基于冯米塞斯应力，可多工况复合，能够优化融合器结构的应力、质量、结构分布；优化后的融合器结构，融合器前后的角落处应力最大点消失，同时，侧壁从低应力区变为中低应力区，整个结构应力分布均匀，两极变化减少，中间应力区分布增加，说明结构设计更加合理，承载力的部位更加广泛及准确；同时，在应力分布优化的基础上，减去了结构上的冗余部分，可以在术中腾出一定空间用来作为其他结构的操作空间或者容置空间。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2：根据待模拟的测试工况，设置针对所述融合器主体和针对所述上压块和下压块并作用在所述融合器主体上的相互作用关系，设置优化目标；

S5：模拟测试工况，在相互作用关系及材料属性的基础上，对测试工况下的各个空间体网格单元进行应力计算；在测试工况为多于一个时，所述步骤S5中的各个空间体网格单元的各测试工况下的应力计算结果相加，作为相应空间体网格单元的应力；

2.如权利要求1所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述待模拟的测试工况为压缩工况和/或敲击工况；

3.如权利要求1所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，相互作用关系包括载荷条件、约束条件、接触条件、绑定条件中的一个或几个。

4.如权利要求1所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，优化目标为质量应力优化目标，所述质量应力优化目标为在应力尽可能小或不变的前提上，减小融合器主体预设比例的质量。

5.如权利要求4所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S6中，根据质量应力优化目标，删除应力排序较小的若干空间体网格单元，删除的空间体网格单元的比例为所述预设比例，得到优化后的融合器主体结构。

6.如权利要求1所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

7.如权利要求1所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据应力应变曲线将钛合金材料属性划分为弹性段、塑性段和断裂段。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据测试工况的相互作用关系，计算离相互作用关系部位预设范围的空间体网格单元上的各个节点在各个自由度下的力和位移，根据计算所得的各个节点的力和位移递推计算相邻下个节点在在各个自由度下的力和位移，从而得到相应测试工况下的各个空间体网格单元的应力。

9.如权利要求1-7中任意一项所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述融合器主体的上侧和下侧呈弧面，所述上压块和下压块与所述融合器主体的上侧和下侧接触的表面设置为与所述弧面匹配的弧面结构。

10.如权利要求9所述的融合器的结构拓扑优化方法，其特征在于，所述优化目标还包括对称优化目标，优化出的融合器主体为上下对称、左右对称或前后对称三者中的一个或几个。