CN113268840B - 一种电子线束的拓扑优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子线束的拓扑优化方法及系统，方法包括：获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数；确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。本发明能够降低绝缘材料用量，提高电子线束的使用寿命。

Description

一种电子线束的拓扑优化方法及系统
技术领域
本发明涉及电子线束领域，尤其涉及一种电子线束的拓扑优化方法及系统。
背景技术
线束是一组金属线和电缆绑在一起，运载设备之间来往的信号和电源的连接。对于多导线的线束，为了保证成型度、减小外形，一般都需要对导线进行绞合，由于绞制的节径较大，大多采用无退扭方式，使得导线紧密绞合在一起。而这样将芯线绞合在一起，会使得芯线物理性能发生变化，比如由于导线表面绝缘层的绞合，产生表面一定的应力集中现象并长期持续，使得绝缘层的物理性能下降，更容易老化。而另外一些方式是将多导线的绝缘层进行一体化，但是这样，则会存在材料的冗余，成本增加。
发明内容
本发明实施例提供一种电子线束的拓扑优化方法，能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
第一方面，本发明实施例提供一种电子线束的拓扑优化方法，所述电子线束包括芯线与绝缘保护层，所述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，所述方法包括以下步骤：
获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；
确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；
基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；
根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
可选的，所述将所述连续实体模型进行网格分割，得到网格模型的步骤包括：
确定连续实体模型的开放式范围，所述开放式范围在所述连续实体模型外侧。
可选的，所述连续实体模型包括端头段以及中间段，所述设计区域包括端头区域、中间区域以及过渡区域，所述过渡区域位于的端头区域以及所述中间区域之间，所述端头区域位于所述端头段，所述中间区域位于所述中间段。
可选的，所述确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型，包括：
将所述端头区域以第一网格进行分割，得到第一网格模型；
将所述中间区域以第二网格进行分割，得到第二网格模型；
将所述过渡区域以第三网格进行分割，得到第三网格模型。
可选的，所述基于所述网格模型，建立拓扑优化模型的步骤包括：
以所述第一网格模型、所述第二网格模型以及所述第三网格模型的总材料成本最低为目标函数，建立拓扑优化模型。
可选的，所述根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新的步骤包括：
为所述端头区域中每个网格单元分配一个第一材料密度值，其中，所述第一材料密度值为a或0，a大于0；
为所述中间区域中每个网格单元分配一个第二材料密度值，其中，所述第二材料密度值为b或0，b大于0；
为所述过渡区域中每个网格单元分配一个第三材料密度值，其中，所述第三材料密度值为c或0，c大于0；
根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，并基于图像处理对优化更新后的设计变量进行后处理。
可选的，所述基于图像处理对优化更新后的设计变量进行后处理的步骤包括：
通过预设的卷积算子对过滤半径之内的所有网格单元进行卷积计算，得到网格单元的灵敏度值；
根据所述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理。
可选的，所述根据所述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理的步骤包括：
将后处理结果进行二值化投影，得到投影模型，根据所述投影模型确定优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构。
可选的，所述方法还包括：
将所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构进行实体件制成，得到实体模型，所述实体模型包括包括芯线与绝缘保护层；
对所述实体模型进行实际测试检验，得到所述实体模型测试结果作为所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构的测试结果。
第二方面，本发明实施例还提供一种电子线束的拓扑优化系统，所述电子线束包括芯线与绝缘保护层，所述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，所述系统包括：
获取模块，用于获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；
确定模块，用于确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；
建模模块，用于基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；
处理模块，用于根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
本发明实施例中，获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。本发明能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电子线束的拓扑优化方法；
图2是本发明实施例提供的一种端头区域拓扑图形的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种中间区域拓扑图形的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种过渡区域拓扑图形的示意图。
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作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。
在本发明中，提出一种电子线束的拓扑优化方法，能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电子线束的拓扑优化方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
101、获取绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数。
在本发明实施例中，上述电子线束包括芯线与绝缘保护层，上述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，上述绝缘保护层包裹在上述芯线的外周。上述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，上述第一材料参数对应于上述第一绝缘材料，上述第二材料参数对应于上述第二绝缘材料。
上述第一绝缘材料包裹在上述芯线的外周，上述第二绝缘材料包裹在上述第一绝缘材料外周。上述第一材料参数可以是第一绝缘材料作为连续体的绝缘强度、老化速度以及力学性能，上述第二材料参数可以是第二绝缘材料作为连续体的绝缘强度、老化速度以及力学性能。
上述绝缘强度指的是绝缘材料本身耐受电压的能力，绝缘材料本身的绝缘强度可以通过试验来确定，绝缘强度随绝缘的种类不同而有本质上的差别。绝缘材料的老化、高温、连续加热以及受潮等因素对内绝缘的绝缘强度有不利的影响。在一定的试验条件下，使外绝缘表面刚好发生闪络所需的电压值称临界闪络强度。在本发明实施例中，上述第一绝缘材料的临界闪络强度高于上述第二绝缘材料的临界临界闪络强度。
上述老化速度指的是绝缘材料的老化速度，绝缘老化，指因电场、温度、机械力、湿度、周围环境等因素的长期作用，使电工设备绝缘在运行过程中质量逐渐下降、结构逐渐损坏的现象。绝缘材料的老化速度与绝缘结构、材料、制造工艺、运行环境、所受电压、负荷情况等有密切关系。在本发明实施例中，上述第一绝缘材料的电老化速度小于上述第二绝缘材料的电老化速度，上述第二绝缘材料的机械力老化速度小于上述第二绝缘材料的机械力老化速度。
上述力学性能指的是绝缘材料的材料力学参数，进一步的，上述材料力学参数可以包括杨氏模量，泊松比，密度等已知或可获取的力学参数。
上述绝缘保护层的连续实体模型可以根据电子线束的绝缘保护层实际尺寸参数和材料参数在计算机三维空间中进行建模得到。上述尺寸参数可以是绝缘保护层的内径和外径，第一绝缘材料层的厚度，第二绝缘材料层的百度等尺寸参数。更进一步的，上述连续实体模型的材料力学参数为已知或可获取的。
102、确定设计区域，将连续实体模型按设计区域进行网格分割，得到网格模型。
在本发明实施例中，可以通过计算机图形学算法对上述连续实体模型进行网格分割，上述连续实体模型是根据绝缘保护层设计得到的。上述计算机图形学算法指的是将连续实体模型通过算法进行图形化，使得计算机能够对连续实体模型进行相关计算。
在本发明实施例中，可以对上述连续实体模型进行分割，将连续实体模型微分成尺寸较小的网格单元，比如将连续实体模型等效成多个相同尺寸正方形的网格单元。经过分割后的连续实体模型可以拆解成多个网格单元的形式。
进一步的，可以选取连续实体模型的切割点；根据切割点对连续实体模型进行任意角度平面切割，得到对应的网格单元。
在本发明实施例中，上述连续实体模型包括端头段以及中间段，上述设计区域包括端头区域、中间区域以及过渡区域，上述过渡区域位于的端头区域以及上述中间区域之间，上述端头区域位于上述端头段，上述中间区域位于上述中间段。
进一步的，可以将上述端头区域以第一网格进行分割，得到第一网格模型；将上述中间区域以第二网格进行分割，得到第二网格模型；将上述过渡区域以第三网格进行分割，得到第三网格模型。
在一种可能的实施例中，上述第一网格模型包括多个第一网格单元，上述第二网格模型包括多个第二网格单元，上述第三网格模型包括多个第三网格单元。上述第一网格单元、第二网格单元、第三网格单元的尺寸可以不同，比如，上述第三网格单元的尺寸大于第一风格单元的尺寸，且小于第二网格单元的尺寸。
103、基于网格模型，建立拓扑优化模型。
在本发明实施例中，上述拓扑优化模型以上述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以上述第一绝缘材料和/或上述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件。
进一步的，可以为上述端头区域中每个网格单元分配一个第一材料密度值，其中，上述第一材料密度值为a或0，a大于0；为上述中间区域中每个网格单元分配一个第二材料密度值，其中，上述第二材料密度值为b或0，b大于0；为上述过渡区域中每个网格单元分配一个第三材料密度值，其中，上述第三材料密度值为c或0，c大于0。
具体的，上述端头区域的材料特征式子可以如下所示：
Figure BDA0003093075850000071
其中，Ω为初始给定的设计区域，上述
Figure BDA0003093075850000072
为端头区域中的实体区域，
Figure BDA0003093075850000073
为端头区域中的无材料区域。
上述上述中间区域的材料特征式子可以如下所示：
Figure BDA0003093075850000074
其中，Ω为初始给定的设计区域，上述
Figure BDA0003093075850000075
为中间区域中的实体区域，
Figure BDA0003093075850000076
为中间区域中的无材料区域。
上述过渡区域的材料特征式子可以如下所示：
Figure BDA0003093075850000077
其中，Ω为初始给定的设计区域，上述
Figure BDA0003093075850000078
为过渡区域中的实体区域，
Figure BDA0003093075850000079
为过渡区域中的无材料区域。
需要说明的是，在一种可能的实施例中，对于一个设计区域中绝缘材料最优分布问题，采用拓扑优化模型可以将绝缘材料最优分布问题定义为确定材料在设计空间中哪一点是第一绝缘材料，哪一点是第二绝缘材料，哪一点是没有材料的问题，具体定义如下的材料特征式子：
Figure BDA00030930758500000710
其中，上述Ω为初始给定的设计区域，上述Ωτ为第一绝缘材料的实体区域，上述Ωψ为第二绝缘材料的实体区域，上述Ωτ∪Ωψ为无材料区域，上述e为常数，上述f为常数。其中，上述e和f为根据绝缘强度、老化速度以及力学性能得到材料密度值，可以根据经验值进行得到，从而将绝缘强度、老化速度以及力学性能进行降维，从而减少计算量。
进一步，上述拓扑优化模型的初始形态可以如下述式子所示：
Figure BDA0003093075850000081
其中，上述Minimize为目标函数，上述Subject为约束条件，上述X为设计变量，lv为体积约束系数，上述xmin可以是0.001至0.005之间的数值。结合固体各向同性材料惩罚模型，可以得到灵敏度函数如下所示：
Figure BDA0003093075850000082
其中，上述[Kj,i]为第j个设计区域第i个网格单元插值后的成本矩阵，{Uj,i}为第j个设计区域第i个网格单元的运动向量，上述xj,i为第j个设计区域第i个网格单元的设计变量，上述ΔE1为第一绝缘材料的弹性模量与无材料的弹性模量之差，上述ΔE2为第二绝缘材料的弹性模量与无材料的弹性模量之差，上述p为中间密度材料的惩罚因子，可以取值为2，用于将中间密度材料的材料密度值惩罚到e或f或0。
104、根据有限元分析对拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
在本发明实施例中，对于上述拓扑优化模型的初始形态，可以通过启发式更新进行求解，启发式更新具体可以如下述式子所示：
Figure BDA0003093075850000083
其中，上述t为密度的相对增减量(正的运动极限)，上述η为一个数值阻尼系数，可以根据经验得到，可以是0.4至0.5。
上述Bi可以根据下述式子得到：
Figure BDA0003093075850000091
其中，上述λ为拉格朗日乘子。
在本发明实施例中，可以通过预设的卷积算子对过滤半径之内的所有网格单元进行卷积计算，得到网格单元的灵敏度值；根据上述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理。
进一步的，可以通过上述卷积算子构建过滤函数到进行后处理，上述过滤函数可以如下述式子所示：
Figure BDA0003093075850000092
其中，上述
Figure BDA0003093075850000093
为卷积算子，上述卷积算子可以如下述式子所示：
Figure BDA0003093075850000094
其中，上述dist(i,g)j为第j个设计区域中第i个网格单元的中心到第g个网格单元g中心的距离，卷积算子
Figure BDA0003093075850000095
在过滤半径外取值可以为0。
进一步的，可以通过MMA数值求解算法对上述拓扑优化模型进行迭代求解，以求解设计出最优的材料分布方式；MMA是一种基于目标和约束梯度信息构造的连续凸逼近的内点方法，可以更为准确方便的计算出最优的材料分布方式。
在本发明实施例中，可以将后处理结果进行二值化投影，得到投影模型，根据投影模型确定优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构。具体的，得到一个过滤结果后，过滤结果中可能会在固体和孔隙区域之间形成灰色过渡材料(即灰度单元)，为了能够得到清晰的边界定义的优化结构，本发明实施例通过松弛的Heaviside函数将过滤后的密度投射到0或e或f(空或实，0为空)空间。具体的，投影的目的是确保一个0或e或f的解决方案(即无灰度值，只有0或e或f的三值方案)。比如，可以将0.0到1.0平均分为三段数值区间，分别代表0或e或f，从而将0.0到1.0划分为三个离散的数值。
在本发明实施例中，还可以将上述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构进行实体件制成，得到实体模型，上述实体模型包括包括芯线与绝缘保护层；对上述实体模型进行实际测试检验，得到上述实体模型测试结果作为上述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构的测试结果。
本发明实施例中，获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。本发明能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
在本发明实施例中，以第一绝缘材料为SR-PVC材料，第二绝缘材料为XLPVC材料，线芯规格为1.38mm2为例进行仿真，得到绝缘保护层的拓扑图形如图2至图4所示，其中，图2是本发明实施例提供的一种端头区域拓扑图形的示意图，图3是本发明实施例提供的一种中间区域拓扑图形的示意图，图4是本发明实施例提供的一种过渡区域拓扑图形的示意图。从图2至图4中，可以看出，在第二绝缘材料的外部有开放式槽口，该开放式槽口为开放式拓扑优化得到。本发明能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
需要说明的是，本发明实施例提供的电子线束的拓扑优化方法可以应用于对电子线束进行优化的系统、计算机、服务器等设备。
可选的，本发明实施例提供的一种电子线束的拓扑优化系统，所述电子线束包括芯线与绝缘保护层，所述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，所述系统包括：
获取模块，用于获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；
确定模块，用于确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；
建模模块，用于基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；
处理模块，用于根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
可选的，所述确定模块还用于确定连续实体模型的开放式范围，所述开放式范围在所述连续实体模型外侧。
可选的，所述连续实体模型包括端头段以及中间段，所述设计区域包括端头区域、中间区域以及过渡区域，所述过渡区域位于的端头区域以及所述中间区域之间，所述端头区域位于所述端头段，所述中间区域位于所述中间段。
可选的，所述确定模块还用于将所述端头区域以第一网格进行分割，得到第一网格模型；将所述中间区域以第二网格进行分割，得到第二网格模型；将所述过渡区域以第三网格进行分割，得到第三网格模型。
可选的，所述建模模块还用于以所述第一网格模型、所述第二网格模型以及所述第三网格模型的总材料成本最低为目标函数，建立拓扑优化模型。
可选的，所述处理模块还用于为所述端头区域中每个网格单元分配一个第一材料密度值，其中，所述第一材料密度值为a或0，a大于0；为所述中间区域中每个网格单元分配一个第二材料密度值，其中，所述第二材料密度值为b或0，b大于0；为所述过渡区域中每个网格单元分配一个第三材料密度值，其中，所述第三材料密度值为c或0，c大于0；根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，并基于图像处理对优化更新后的设计变量进行后处理。
可选的，所述处理模块还用于通过预设的卷积算子对过滤半径之内的所有网格单元进行卷积计算，得到网格单元的灵敏度值；根据所述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理。
可选的，所述处理模块还用于将后处理结果进行二值化投影，得到投影模型，根据所述投影模型确定优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构。
可选的，所述系统还包括：
成品模块，用于将所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构进行实体件制成，得到实体模型，所述实体模型包括包括芯线与绝缘保护层；
测试模块，用于对所述实体模型进行实际测试检验，得到所述实体模型测试结果作为所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构的测试结果。
本发明能够在对多导线的绝缘层进行一体化之后，再基于拓扑优化的结构设计，按照预设要求使绝缘层的用料减少，且维持在原本的工况下，电子线束的参数要求和绝缘要求不受影响。可以将一个绝缘层经开放式拓扑优化和计算分析转化为表面开放式模型，从而降低绝缘材料用量，且由于绝缘层表面为开放式，降低了电子线束在扭转弯曲时的应力集中现象，提高电子线束的使用寿命。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电子线束的拓扑优化方法，所述电子线束包括芯线与绝缘保护层，其特征在于，所述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，所述方法包括以下步骤：
获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；
确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；
基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；
根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
2.如权利要求1所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述将所述连续实体模型进行网格分割，得到网格模型的步骤包括：
确定连续实体模型的开放式范围，所述开放式范围在所述连续实体模型外侧。
3.如权利要求2所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述连续实体模型包括端头段以及中间段，所述设计区域包括端头区域、中间区域以及过渡区域，所述过渡区域位于的端头区域以及所述中间区域之间，所述端头区域位于所述端头段，所述中间区域位于所述中间段。
4.如权利要求3所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型，包括：
将所述端头区域以第一网格进行分割，得到第一网格模型；
将所述中间区域以第二网格进行分割，得到第二网格模型；
将所述过渡区域以第三网格进行分割，得到第三网格模型。
5.如权利要求4所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述基于所述网格模型，建立拓扑优化模型的步骤包括：
以所述第一网格模型、所述第二网格模型以及所述第三网格模型的总材料成本最低为目标函数，建立拓扑优化模型。
6.如权利要求5所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新的步骤包括：
为所述端头区域中每个网格单元分配一个第一材料密度值，其中，所述第一材料密度值为a或0，a大于0；
为所述中间区域中每个网格单元分配一个第二材料密度值，其中，所述第二材料密度值为b或0，b大于0；
为所述过渡区域中每个网格单元分配一个第三材料密度值，其中，所述第三材料密度值为c或0，c大于0；
根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，并基于图像处理对优化更新后的设计变量进行后处理。
7.如权利要求6所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述基于图像处理对优化更新后的设计变量进行后处理的步骤包括：
通过预设的卷积算子对过滤半径之内的所有网格单元进行卷积计算，得到网格单元的灵敏度值；
根据所述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理。
8.如权利要求7所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述根据所述网格单元的灵敏度值，对优化更新后的设计变量进行后处理的步骤包括：
将后处理结果进行二值化投影，得到投影模型，根据所述投影模型确定优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构。
9.如权利要求8所述的电子线束的拓扑优化方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构进行实体件制成，得到实体模型，所述实体模型包括芯线与绝缘保护层；
对所述实体模型进行实际测试检验，得到所述实体模型测试结果作为所述优化后的第一绝缘材料结构以及第二绝缘材料结构的测试结果。
10.一种电子线束的拓扑优化系统，所述电子线束包括芯线与绝缘保护层，其特征在于，所述绝缘保护层包括第一绝缘材料以及第二绝缘材料，所述系统包括：
获取模块，用于获取所述绝缘保护层的连续实体模型以及材料参数，所述材料参数包括第一材料参数与第二材料参数，所述第一材料参数对应于所述第一绝缘材料，所述第二材料参数对应于所述第二绝缘材料；
确定模块，用于确定设计区域，将所述连续实体模型按所述设计区域进行网格分割，得到网格模型；
建模模块，用于基于所述网格模型，建立拓扑优化模型，所述拓扑优化模型以所述绝缘保护层的材料成本最低为目标函数，以所述第一绝缘材料和/或所述第二绝缘材料的开放式分布为设计变量，以绝缘强度、老化速度以及力学性能为约束条件；
处理模块，用于根据有限元分析对所述拓扑优化模型进行设计变量的优化更新，迭代到所述拓扑优化模型满足收敛条件，得到优化的设计变量。
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104462723A (zh) * 2014-12-25 2015-03-25 北京航空航天大学 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
CN106650124A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 谢亿民工程科技（常州）有限公司 一种基于有限元结果的连续体表面轻量化方法
CN107085865A (zh) * 2017-05-12 2017-08-22 杭州电子科技大学 应用于有限元分析的四边形分割方法
CN107491621A (zh) * 2017-09-01 2017-12-19 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 基于社区和结构洞联合分析的大电网分割方法、存储介质
CN109002668A (zh) * 2018-09-26 2018-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法
CN109472056A (zh) * 2018-10-15 2019-03-15 上海交通大学 任意泊松比超材料的拓扑优化形成方法
CN109635414A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 中科国风科技有限公司 一种风力发电机组风轮叶片有限元建模方法
CN109726484A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 北京工业大学 基于独立连续映射法的多材料连续体结构拓扑优化设计方法
CN110321611A (zh) * 2019-06-24 2019-10-11 华中科技大学 一种多材料结构拓扑优化方法
CN111709085A (zh) * 2020-05-18 2020-09-25 中国科学院沈阳自动化研究所 一种约束阻尼薄板结构拓扑优化设计方法
CN111737839A (zh) * 2020-05-19 2020-10-02 广州大学 基于动态进化率和自适应网格的beso拓扑优化方法及其应用
CN111859763A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 上海圣之尧智能科技有限公司 有限元模拟方法、系统及介质
CN111967175A (zh) * 2020-07-30 2020-11-20 北京应用物理与计算数学研究所 基于红黑树的有限元单元快速查找方法及系统
CN112100882A (zh) * 2020-08-27 2020-12-18 华南理工大学 一种具有光滑边界的连续体结构密度演化拓扑优化方法
CN112100774A (zh) * 2020-09-16 2020-12-18 哈尔滨理工大学 一种基于变密度法的应力和应变能双约束的拓扑优化方法
WO2021040696A1 (en) * 2019-08-27 2021-03-04 Siemens Industry Software Inc. Object design processing using coarse geometric elements and high-resolution lattice elements

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7458059B2 (en) * 2005-10-31 2008-11-25 Synopsys, Inc. Model of sensitivity of a simulated layout to a change in original layout, and use of model in proximity correction
US8306748B2 (en) * 2009-10-05 2012-11-06 Honeywell International Inc. Location enhancement system and method based on topology constraints

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104462723A (zh) * 2014-12-25 2015-03-25 北京航空航天大学 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
CN106650124A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 谢亿民工程科技（常州）有限公司 一种基于有限元结果的连续体表面轻量化方法
CN107085865A (zh) * 2017-05-12 2017-08-22 杭州电子科技大学 应用于有限元分析的四边形分割方法
CN107491621A (zh) * 2017-09-01 2017-12-19 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 基于社区和结构洞联合分析的大电网分割方法、存储介质
CN109002668A (zh) * 2018-09-26 2018-12-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种连续体与离散体耦合拓扑优化方法
CN109472056A (zh) * 2018-10-15 2019-03-15 上海交通大学 任意泊松比超材料的拓扑优化形成方法
CN109635414A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 中科国风科技有限公司 一种风力发电机组风轮叶片有限元建模方法
CN109726484A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 北京工业大学 基于独立连续映射法的多材料连续体结构拓扑优化设计方法
CN110321611A (zh) * 2019-06-24 2019-10-11 华中科技大学 一种多材料结构拓扑优化方法
WO2021040696A1 (en) * 2019-08-27 2021-03-04 Siemens Industry Software Inc. Object design processing using coarse geometric elements and high-resolution lattice elements
CN111709085A (zh) * 2020-05-18 2020-09-25 中国科学院沈阳自动化研究所 一种约束阻尼薄板结构拓扑优化设计方法
CN111737839A (zh) * 2020-05-19 2020-10-02 广州大学 基于动态进化率和自适应网格的beso拓扑优化方法及其应用
CN111859763A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 上海圣之尧智能科技有限公司 有限元模拟方法、系统及介质
CN111967175A (zh) * 2020-07-30 2020-11-20 北京应用物理与计算数学研究所 基于红黑树的有限元单元快速查找方法及系统
CN112100882A (zh) * 2020-08-27 2020-12-18 华南理工大学 一种具有光滑边界的连续体结构密度演化拓扑优化方法
CN112100774A (zh) * 2020-09-16 2020-12-18 哈尔滨理工大学 一种基于变密度法的应力和应变能双约束的拓扑优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵清海等.考虑拓扑相关热载荷的散热结构多相材料拓扑优化设计.《中国机械工程》.2020,(第20期), *

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