CN108491654A - 一种三维实体结构拓扑优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维实体结构拓扑优化方法及系统，通过采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元；利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。本发明能够提高大型、复杂结构的拓扑优化效率，且能够增强拓扑优化结果的可读性。

Description

一种三维实体结构拓扑优化方法及系统

技术领域

本发明涉及实体结构拓扑优化技术领域，特别是涉及一种三维实体结构拓扑方法及系统。

背景技术

在航天航空、汽车、船舶等领域，对装备的轻量化与高承载性等性能要求越来越显著，结构拓扑优化设计成为国内外各行业的研究热点。拓扑优化是在结构拓扑关系未知的情况下对材料进行空间的重新分配，由于优化过程中结构的边界形状会发生改变、设计变量难以定量描述、设计区域预先未知等因素导致拓扑优化的求解难度大大增加，因此，拓扑优化理论发展比较缓慢。

目前针对复杂工况下的三维实体结构，普遍采用的是已在仿真优化软件中集成的变密度拓扑优化法，然而由于结构、工况的复杂性，优化过程常常出现数值不稳定导致耗时较长及拓扑优化结果难以精确辨识导致难以对结构优化提出有效指导等问题，因此，需要探索更加有效的思路来解决这些问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便克服上述问题的一种三维实体结构拓扑优化方法及系统，以提高三维实体结构拓扑优化效率并增强拓扑优化结果可读性。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种三维实体结构拓扑优化方法，包括：

采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

进一步的，所述利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面，包括：

选取所述三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；

根据理论力学相关原理，将所述三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；

将主失和主矩分解到所述三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；

将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据所述各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

进一步的，所述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

进一步的，所述对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果，包括：

依据各功能截面位置、受载情况以及所述优化结果，基于载荷等效原理在所述三维CAD软件中建立所述各功能截面的结构模型，将所述各功能截面的结构模型导入所述有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将所述优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对所述二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到所述各截面的优化结果。

进一步的，所述通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型，包括：

通过分组匹配确定所述各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

本发明还公开了一种三维实体结构拓扑优化系统，包括：

模型构建单元，用于采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

降维单元，用于利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

二维拓扑优化单元，用于对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

三维重构单元，用于通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

三维拓扑优化单元，用于根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

进一步的，所述降维单元包括：

选取单元，用于选取所述三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；

处理单元，用于根据理论力学相关原理，将所述三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；

分解单元，用于将主失和主矩分解到所述三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；

归一化单元，用于将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据所述各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

进一步的，所述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

进一步的，所述二维拓扑优化单元具体用于：

依据各功能截面位置、受载情况以及所述优化结果，基于载荷等效原理在所述三维CAD软件中建立所述各功能截面的结构模型，将所述各功能截面的结构模型导入所述有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将所述优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对所述二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到所述各截面的优化结果。

进一步的，所述三维重构单元具体用于：

通过分组匹配确定所述各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种三维实体结构拓扑优化方法及系统，通过采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元；利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。本发明通过将三维拓扑优化问题转换成二维截面拓扑优化问题，再将二维拓扑优化结果重构成三维模型，将功能截面分解与截面轮廓重构结合到复杂三维结构的拓扑优化中，能够提高大型、复杂结构的拓扑优化效率，且能够增强拓扑优化结果的可读性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维实体结构拓扑优化方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的步骤S102的一种实施方式流程示意图；

图3为本发明实施例提供的步骤S103的一种实施方式流程示意图；

图4为本发明实施例提供的步骤S104的一种实施方式流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种三维实体结构拓扑优化系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关术语解释：

拓扑优化：是指在一个确定的连续区域内寻求结构内部非实体区域位置和数量的最佳配置，寻求结构中的构件布局及节点联结方式最优化，使结构能在满足应力、位移等约束条件下，将外载荷传递到结构支撑位置，同时使结构的某种性态指标达到最优。

功能截面分解：依据三维实体结构的几何形状及承载特点，确定若干组截面，对各截面进行拓扑优化。

重构：对二维截面进行分组匹配，依据各截面几何特征拟合成三维实体结构，可以理解为功能截面分解的逆过程。

如图1所示，本发明实施例提供了一种三维实体结构拓扑优化方法，具体的，该方法包括如下步骤：

S101、采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元。

具体的，预设两个组件来存储优化区域单元和非优化区域单元。在建立三维实体结构的结构模型时，需要先进行划分单元并提取边界条件，分析三维实体结构在极限工况下的应力分布情况；依据应力分布云图，将云图中应力较小的区域确定为初始优化区域；结合三维实体结构的工艺、几何功能等要求，从初始优化区域删除对结构工艺影响较大的区域和不必要的几何功能区域，得到最终的优化区域。

需要说明的是，本发明实施例中涉及的有限元分析软件具体可以为Hyperworks、ANSYS或Abaqus等有限元分析软件。

S102、利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面。

如图2所示，为本发明实施例提供的步骤S102的一种实施方式，具体的，利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面，具体包括如下步骤：

S201、选取三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系。

S202、根据理论力学相关原理，将三维实体结构的受力情况简化到选取的点上。

具体的，上述涉及的三维直角坐标系Oxyz如图3所示。将结构的受力情况简化到选取的这一点上。

S203、将主失和主矩分解到三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩。

具体的，将主矢与主矩分解到坐标系的三个坐标轴上，此时视XY平面、XZ平面和YZ平面为功能截面组基面，经过等效负载后各基面对应的力和力矩分别为(Fz，Moz)、(Fy，Moy)和(Fx，Mox)。

S204、将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

具体的，上述涉及的预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值，将各基面的承载力G_i按大小依次排序，假设G_z>G_y>G_x，则定义YZ平面为主要功能截面组基面，XZ平面为次要功能截面组基面，XY平面为辅助功能截面组基面。

需要说明的是，主要功能截面组(Ai)表示承受负载较大的面组，结合三维实体结构的受载和边界条件，将垂直该方向的截面应该设置的密集一些，次要截面组(Bi)设置的稀疏一些，辅助功能截面组(Ci)用于确保主要、次要功能截面组考虑不到的等效载荷和几何特征。

S103、对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果。

如图3所示，为本发明实施例提供的步骤S103的一种实施方式，对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果，具体包括如下步骤：

S301、依据各功能截面位置、受载情况以及优化结果，基于载荷等效原理在三维CAD软件中建立各功能截面的结构模型，将各功能截面的结构模型导入有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

S302、将优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到各截面的优化结果。

需要说明的是，上述优化结果依据功能截面位置及受载情况，基于载荷等效原理依次提取各截面的载荷及边界条件；在三维CAD软件中建立各功能截面的实体模型，导入有限元分析软件中得到的各功能截面载荷和边界条件，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；然后将优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到各截面的优化结果。

S104、通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

如图4所示，为本发明实施例提供的步骤S104的一种实施方式，通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型，具体包括如下步骤：

S401、通过分组匹配确定各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

S402、根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

S403、采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

S105、根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

具体的，在重构三维重构模型时考虑重构得到的三维实体结构的结构模型存在尺寸难以辨识、铸造工艺差等问题，采用灵敏度分析筛选对结构刚度和频率影响较大的尺寸并进行尺寸优化，得到满足工艺、功能要求的新的优化后的三维模型。

本发明公开了一种三维实体结构拓扑优化方法，通过采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元；利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。本发明通过将三维拓扑优化问题转换成二维截面拓扑优化问题，再将二维拓扑优化结果重构成三维模型，将功能截面分解与截面轮廓重构结合到复杂三维结构的拓扑优化中，能够提高大型、复杂结构的拓扑优化效率，且能够增强拓扑优化结果的可读性。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种三维实体结构拓扑优化系统，如下面的实施例。由于该三维实体结构拓扑优化系统解决问题的原理与三维实体结构拓扑优化方法相似，因此该三维实体结构拓扑优化系统的实施可以参见三维实体结构拓扑优化方法的实施，重复之处不再赘述。

如图5所示，本发明实施例提供了一种三维实体结构拓扑优化系统，具体的，该系统包括：模型构建单元501、降维单元502、二维拓扑优化单元503、三维重构单元504以及三维拓扑优化单元505，其中：

模型构建单元501，用于采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元；降维单元502，用于利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；二维拓扑优化单元503，用于对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；三维重构单元504，用于通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；三维拓扑优化单元505，用于根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

具体的，上述降维单元502具体可以包括：选取单元5021、处理单元5022、分解单元5023以及归一化单元5024，其中：

选取单元5021，用于选取三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；处理单元5022，用于根据理论力学相关原理，将三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；分解单元5023，用于将主失和主矩分解到三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；归一化单元5024，用于将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

进一步地，上述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

进一步地，上述二维拓扑优化单元503具体用于：

依据各功能截面位置、受载情况以及优化结果，基于载荷等效原理在三维CAD软件中建立各功能截面的结构模型，将各功能截面的结构模型导入有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到各截面的优化结果。

进一步地，上述三维重构单元504具体用于：

通过分组匹配确定各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

本发明实施例提供的三维实体结构拓扑优化系统，通过采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将优化区域存储在优化区域单元；利用功能截面分解法对三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；对若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；通过分组匹配确定各截面的优化结果的对应关系，采用三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；根据工艺约束条件对三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。本发明能够提高大型、复杂结构的拓扑优化效率，且能够增强拓扑优化结果的可读性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三维实体结构拓扑优化方法，其特征在于，包括：

采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面，包括：

选取所述三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；

根据理论力学相关原理，将所述三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；

将主失和主矩分解到所述三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；

将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据所述各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果，包括：

依据各功能截面位置、受载情况以及所述优化结果，基于载荷等效原理在所述三维CAD软件中建立所述各功能截面的结构模型，将所述各功能截面的结构模型导入所述有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将所述优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对所述二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到所述各截面的优化结果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型，包括：

通过分组匹配确定所述各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。

6.一种三维实体结构拓扑优化系统，其特征在于，包括：

模型构建单元，用于采用三维CAD软件建立三维实体结构的结构模型，将所述结构模型导入有限元分析软件中，建立有限元模型并确定优化区域，将所述优化区域存储在优化区域单元；

降维单元，用于利用功能截面分解法对所述三维实体结构进行拓扑优化降维，得到若干组二维功能截面；

二维拓扑优化单元，用于对所述若干组二维功能截面进行拓扑优化，得到各功能截面的优化结果；

三维重构单元，用于通过分组匹配确定所述各截面的优化结果的对应关系，采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型；

三维拓扑优化单元，用于根据工艺约束条件对所述三维重构模型进行尺寸优化，得到优化后的三维模型。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述降维单元包括：

选取单元，用于选取所述三维实体结构上的一点作为原点构建三维直角坐标系；

处理单元，用于根据理论力学相关原理，将所述三维实体结构的受力情况简化到选取的点上；

分解单元，用于将主失和主矩分解到所述三维直角坐标系的三个坐标轴上，以构成的三个平面作为功能截面组基面，通过等效负载得到各基面对应的力和力矩；

归一化单元，用于将各基面对应的力和力矩按照预设公式进行归一化，得到各基面对应的承载力，根据所述各基面对应的承载力，确定主要功能截面组基面、次要功能截面组基面和辅助功能截面组基面。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预设公式为其中，G_i表示基面归一化后对应的承载力，F_i、M_i分别为主矢和主矩，F_max、M_max分别为主矢和主矩中的最大值。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述二维拓扑优化单元具体用于：

依据各功能截面位置、受载情况以及所述优化结果，基于载荷等效原理在所述三维CAD软件中建立所述各功能截面的结构模型，将所述各功能截面的结构模型导入所述有限元分析软件中，依次建立对应的二维功能截面有限元模型；

将所述优化区域单元的相对密度作为设计变量，以体积比作为约束条件、以柔度最小作为目标，利用优化软件中集成的变密度拓扑优化法对所述二维功能截面有限元模型进行拓扑优化，得到所述各截面的优化结果。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维重构单元具体用于：

通过分组匹配确定所述各个截面的轮廓拓扑数据的对应关系；

根据预设比例关系将各个截面的轮廓拓扑数据进行分析，使拓扑对应特征具有相同的数据点数；

采用所述三维CAD软件中的扫掠法进行曲面重构，得到三维重构模型。