CN117610143A - 一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，包括：对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路；采用拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。本发明能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。

Description

一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑结构设计技术领域，具体涉及一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统。

背景技术

对于建筑工程中的空心薄壁钢构件，内部支撑如加劲肋设置非常重要，关系到结构受力的合理传导和构件的局部稳定性。但对于异形构件，设计师很难用常规的垂直侧壁的方式去设计内部支撑构件的布置位置以及检验加劲肋布置的合理性。现有技术条件下，常用的拓扑优化方法是均为实体模型找形，难以在保留薄壁构件同时生成内部支撑构件。导致了设计师们大多采用简单的等间距布置方法，即没有严格的力学概念支撑，布置结果也偏于保守，导致材料浪费，无法充分发挥钢材受力性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术几乎为实体模型找形，难以在保留薄壁构件同时在薄壁构件里边生成内部支撑构件；进而导致了设计师们大多采用简单的等间距布置方法，即没有严格的力学概念支撑，布置结果也偏于保守，导致材料浪费，无法充分发挥钢材受力性能。

本发明目的在于提供一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，首先对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，确定薄壁构件空间实体；在此基础上采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，进行拓扑优化找形计算，能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。最后用薄壁支撑拓扑转化方法，完成满足工程需求的内部支撑建立。本发明能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种薄壁构件的内部支撑布置方法，该方法包括：

对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路，以便优化找形；

采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；

对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。

进一步地，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，包括：

对需要生成内部支撑的薄壁构件，建立薄壁构件模型；

将薄壁构件模型转换成封闭实体模型，作为薄壁构件的找形体量。

进一步地，采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，包括：

步骤21：在找形体量中，建立隔形沟；隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体，隔绝后续拓扑优化计算时对薄壁构件原始形态的找形影响；

步骤22：进行薄壁杆状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；内部支撑找形体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化；每个生长线路的厚度范围为2d~5d；生长线路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤23：进行薄壁面状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；内部支撑富体量几何体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化，生成面状支撑；每个生长环路的厚度范围为2d~5d；生长环路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤24：在以上步骤22、步骤23的生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体，用于后续步骤生成杆状支撑和面状支撑。

进一步地，在找形体量中，建立隔形沟，包括：

以薄壁构件内部边缘向内偏移一个构件细节尺度的距离，即为隔形沟；构件细节尺度d是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置。

进一步地，采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形计算，生成内部支撑优化体量，包括：

步骤31：以薄壁构件的几何中心为圆心做球体，球体大小为能够刚好包裹住薄壁构件；

步骤32：在薄壁构件模型基础上进一步额外建立相邻构件模型，相邻构件模型的范围以超出步骤1所设置球体为准；

步骤33：求得步骤32的相邻构件模型与步骤31的球体之间产生的多个相交截面；

步骤34：在所求得的最大相交截面对应的薄壁构件处，设置支撑约束；该支撑约束沿薄壁构件均匀布置；

步骤35：除了最大相交截面对应的薄壁构件处，在所求得的其他相交截面对应的薄壁构件处均设置荷载，该荷载沿薄壁构件均匀布置；根据原有的薄壁构件计算模型，求得各个荷载大小相对关系，以其中最小的为基准载荷f，f取值通常为1~2；其他相交截面荷载大小为f*相对倍数关系；

步骤36：将内部支撑富体量几何体和步骤31至步骤35中的相关参数输入拓扑优化算法进行拓扑优化找形计算，得到内部支撑优化体量。

进一步地，对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；包括：

采用杆状支撑生成方法生成杆状支撑，建立杆状支撑构件；杆状支撑生成方法具体为：

步骤41：选择保留的生长点；内部支撑优化体量中若生成点周围有较为粗壮的形体，且连接通路保留较为完整，则保留该生长点，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤42：从保留的生长点中任选两个保留的生长点pt1和pt2，分别作为起点和终点；

步骤43：提取内部支撑优化体量的网格点，作为路径点；

步骤44：以起点、终点以及路径点作为输入，采用空间最短路径算法，寻找在内部支撑优化体量中，pt1到pt2最短路径线，以此作为有效支撑的生成路径；其中，空间最短路径算法包括但不限于Dijkstra算法，A*算法以及Floyd算法。

步骤45：若需要生成圆柱体的杆状支撑，以k*d为直径，沿有效支撑生成线扫掠生成圆柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；若需要生成方柱体的杆状支撑，以k*d为边长的正方形，沿有效支撑生成线扫掠生成方柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；其中，k为形状控制参数，d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤46：对每个生成点，均进行一次步骤41至步骤45，生成所有杆状内部支撑构件；

步骤47：对所有杆状内部支撑构件进融合处理；若杆状内部支撑构件之间相邻距离小于d，则将相邻的杆状内部支撑构件加粗，构成一个杆状内部支撑构件。

进一步地，对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；还包括：

采用面状支撑生成方法生成面状支撑，建立面状支撑构件；面状支撑生成方法具体为：

步骤51：选择保留的生长线；内部支撑优化体量中若生长线周围有较为粗壮的形体，且连接通路保留较为完整，则保留该生长线，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤52：从保留的生长线中任选两条保留的生长线l1和l2，记两条线段中最长的长度为lgmax；对生长线l1和l2等分，等分数量为lgmax/d，对生长线l1和l2各得到lgmax+1个等分点；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤53：选另一个任意保留的生长线l2，按d长度进行等分，共得到lg2/d个等分线，lg2/d+1个等分点；

步骤54：生长线l1和l2分别对应的等分点，作为pt1、pt2以杆状支撑生成方法生成有效支撑生成线；共生成lgmax/d条有效支撑生成线；

步骤55：以生长线l1和l2为两条路径线，以lgmax/d条有效支撑生成线为控制截面线，进行双轨扫掠生成有效支撑面；

步骤56：以上述生成的有效支撑面向面两侧各偏移d/2厚度，生成面状支撑构件。

进一步地，该方法还包括：根据内部支撑构件进行工程处理，包括：

将薄壁构件内部的生成点和生成线作为实际工程内部焊接点，进行焊接处理；方便实际施工和焊接操作。

第二方面，本发明又提供了一种薄壁构件的内部支撑布置系统，该系统使用上述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法；该系统包括：

找形体量规划单元，用于对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

找形体量处理单元，用于采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路，以便优化找形；

拓扑优化单元，用于采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；

内部支撑形参转换单元，用于对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。

进一步地，找形体量处理单元包括隔形沟建立子单元、薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元、薄壁面状支撑生长几何体布置子单元和薄壁构件几何体布置子单元；

隔形沟建立子单元，用于在找形体量中，建立隔形沟；隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体，隔绝后续拓扑优化计算时对薄壁构件原始形态的找形影响；

薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；内部支撑找形体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化；每个生长线路的厚度范围为2d~5d；生长线路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

薄壁面状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；内部支撑富体量几何体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化，生成面状支撑；每个生长环路的厚度范围为2d~5d；生长环路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

薄壁构件几何体布置子单元，用于在以上生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，首先对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，确定薄壁构件空间实体；在此基础上采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，进行拓扑优化找形计算，能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。最后用薄壁支撑拓扑转化方法，完成满足工程需求的内部支撑建立。本发明能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。

2、本发明一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，本发明采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，该几何体中薄壁构件本身是准确了，内部支撑构件是富余的，这也是发明的关键所在。因为本发明要做的是生成内部支撑构件，如果没有特殊处理，薄壁构件和内部支撑构件会一起优化，无法达到想要的效果，内部支撑富体量几何体将薄壁构件和内部支撑构件进行了分别处理，从而使得在接下来的拓扑优化算法中，内部支撑构件不会被过度优化，而内部支撑构件得以顺利生成。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种薄壁构件的内部支撑布置方法流程图；

图2为本发明薄壁构件模型；

图3为本发明薄壁构件模型转换成封闭实体模型；

图4为本发明封闭实体建立隔形沟示意图；

图5为本发明内部支撑富体量几何体的组成；

图6为本发明生成点布置；

图7为本发明生成点生成内部优化体量支撑；

图8为本发明寻找pt1至pt2有效支撑线；

图9为本发明生成pt1至pt2内部杆状支撑构件；

图10为本发明生成全部内部杆状支撑构件；

图11为本发明生长线布置；

图12为本发明由生长线生成的内部支撑优化体量；

图13为本发明生成有效支撑面；

图14为本发明生成面状内部支撑；

图15为本发明一种薄壁构件的内部支撑布置系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

现有技术几乎为实体模型找形，难以在保留薄壁构件同时在薄壁构件里边生成内部支撑构件；进而导致了设计师们大多采用简单的等间距布置方法，即没有严格的力学概念支撑，布置结果也偏于保守，导致材料浪费，无法充分发挥钢材受力性能。

因此，本发明设计了一种薄壁构件的内部支撑布置方法及系统，首先对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，确定薄壁构件空间实体；在此基础上采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，进行拓扑优化找形计算，能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。最后用薄壁支撑拓扑转化方法，完成满足工程需求的内部支撑建立。本发明能够最大程度维持薄壁构件的形体，同时生成充分发挥材料性能的内部支撑构件。

尤其，本发明采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体，该几何体中薄壁构件本身是准确了，内部支撑构件是富余的，这也是发明的关键所在。因为本发明要做的是生成内部支撑构件，如果没有特殊处理，薄壁构件和内部支撑构件会一起优化，无法达到想要的效果，内部支撑富体量几何体将薄壁构件和内部支撑构件进行了分别处理，从而使得在接下来的拓扑优化算法中，内部支撑构件不会被过度优化，而内部支撑构件得以顺利生成。

实施例1

如图1所示，本发明一种薄壁构件的内部支撑布置方法，该方法包括：

步骤1，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

步骤1具体包括：

步骤11，对需要生成内部支撑的薄壁构件，建立薄壁构件模型；建立的薄壁构件模型如图2所示；

步骤12，将薄壁构件模型转换成封闭实体模型，作为薄壁构件的找形体量，如图3所示。

步骤2，采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，内部支撑富体量几何体如图5所示；生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路，以便优化找形；

步骤2具体包括：

步骤21：在找形体量中，建立隔形沟；如图4所示，以薄壁构件内部边缘向内偏移一个构件细节尺度的距离，即为隔形沟；隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体，这样隔绝后续拓扑优化计算时对薄壁构件原始形态的找形影响；

具体地，构件细节尺度d是根据钢材板厚大小进行设置。薄壁构件细节尺度是生成其内部支撑构件的重要依据。例如一些钢柱钢梁的设计细节，主要是钢材板厚大小接近10mm范围，构件细节尺度设定成10mm。然而，较小的钢构件，其细节接近1.0 mm范围，因此相应的构件细节尺度需设置为1mm。

步骤22：进行薄壁杆状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，如图6所示；并在生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；内部支撑找形体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化；每个生长线路的厚度范围为2d~5d；生长线路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤23：进行薄壁面状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，如图11所示；并在生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；内部支撑富体量几何体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化，生成面状支撑；每个生长环路的厚度范围为2d~5d；生长环路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤24：在以上步骤22、步骤23的生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体，用于后续步骤生成杆状支撑和面状支撑。

步骤3，采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量，如图7和图12所示，图7为本发明生成点生成内部优化体量支撑；图12为本发明由生长线生成的内部支撑优化体量。

步骤3具体包括：

步骤31：以薄壁构件的几何中心为圆心做球体，球体大小为能够刚好包裹住薄壁构件；

步骤32：在薄壁构件模型基础上进一步额外建立相邻构件模型，相邻构件模型的范围以超出步骤1所设置球体为准；

步骤33：求得步骤32的相邻构件模型与步骤31的球体之间产生的多个相交截面；

步骤34：在所求得的最大相交截面对应的薄壁构件处，设置支撑约束；该支撑约束沿薄壁构件均匀布置；

步骤35：除了最大相交截面对应的薄壁构件处，在所求得的其他相交截面对应的薄壁构件处均设置荷载，该荷载沿薄壁构件均匀布置；根据原有的薄壁构件计算模型，求得各个荷载大小相对关系，以其中最小的为基准载荷f，f取值通常为1~2；其他相交截面荷载大小为f*相对倍数关系；

步骤36：将内部支撑富体量几何体和步骤31至步骤35中的相关参数输入拓扑优化算法进行拓扑优化找形计算，得到内部支撑优化体量。

其中，拓扑优化算法包括但不限于变密度法、渐进结构优化法、均匀化方法、水平集方法等。

步骤4，对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。

步骤4具体包括：

第一，采用杆状支撑生成方法生成杆状支撑，建立杆状支撑构件；

具体地，杆状支撑生成方法具体为：

步骤41：选择保留的生长点；内部支撑优化体量中若生成点周围有较为粗壮的形体，且连接通路保留较为完整，则保留该生长点，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤42：从保留的生长点中任选两个保留的生长点pt1和pt2，分别作为起点和终点；

步骤43：提取内部支撑优化体量的网格点，作为路径点；

步骤44：以起点、终点以及路径点作为输入，采用空间最短路径算法，寻找在内部支撑优化体量中，pt1到pt2最短路径线，以此作为有效支撑的生成路径；如图8所示，图8为寻找pt1到pt2有效支撑线；其中，空间最短路径算法包括但不限于Dijkstra算法，A*算法以及Floyd算法。

步骤45：若需要生成圆柱体的杆状支撑，以k*d为直径，沿有效支撑生成线扫掠生成圆柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；若需要生成方柱体的杆状支撑，以k*d为边长的正方形，沿有效支撑生成线扫掠生成方柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；其中，k为形状控制参数，d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；如图9所示，图9为生成pt1至pt2内部杆状支撑构件；

步骤46：对每个生成点，均进行一次步骤41至步骤45，生成所有杆状内部支撑构件；图10为生成的全部内部杆状支撑构件。

步骤47：对所有杆状内部支撑构件进融合处理；若杆状内部支撑构件之间相邻距离小于d，则将相邻的杆状内部支撑构件加粗，构成一个杆状内部支撑构件。

第二，采用面状支撑生成方法生成面状支撑，建立面状支撑构件；

具体地，面状支撑生成方法具体为：

步骤51：选择保留的生长线；内部支撑优化体量中若生长线周围有较为粗壮的形体，且连接通路保留较为完整，则保留该生长线，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤52：从保留的生长线中任选两条保留的生长线l1和l2，记两条线段中最长的长度为lgmax；对生长线l1和l2等分，等分数量为lgmax/d，对生长线l1和l2各得到lgmax+1个等分点；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤53：选另一个任意保留的生长线l2，按d长度进行等分，共得到lg2/d个等分线，lg2/d+1个等分点；

步骤54：生长线l1和l2分别对应的等分点，作为pt1、pt2以杆状支撑生成方法生成有效支撑生成线；共生成lgmax/d条有效支撑生成线；

步骤55：以生长线l1和l2为两条路径线，以lgmax/d条有效支撑生成线为控制截面线，进行双轨扫掠生成有效支撑面，如图13所示；

步骤56：以上述生成的有效支撑面向面两侧各偏移d/2厚度，生成面状支撑构件，如图14所示。

作为进一步地实施，该方法还包括：根据内部支撑构件进行工程处理，包括：

A，焊接处理：将薄壁构件内部的生成点和生成线作为实际工程内部焊接点，进行焊接处理；方便实际施工和焊接操作。

B，内部支撑特殊布置：通常实际工程中，内部支撑可能会布置水管或其他特殊构件。因此在将内部支撑找形体中建立所需要布置的水管等其他特殊构件模型。用内部支撑找形体与其他特殊构件模型作差集，减去其他特殊构件模型。用做了差集的模型再去调用拓扑优化算法，即可生成避开水管等其他特殊构件的杆状支撑或面状支撑。

实施例2

如图15所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种薄壁构件的内部支撑布置系统，该系统使用上述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法；该系统包括：

找形体量规划单元，用于对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

找形体量处理单元，用于采用隔形沟和生长几何体处理找形体量，形成内部支撑富体量几何体；内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路，以便优化找形；

拓扑优化单元，用于采用常用的拓扑优化算法，对内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；

内部支撑形参转换单元，用于对内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；内部支撑构件包括杆状支撑模型和面状支撑模型。

作为进一步地实施，找形体量处理单元包括隔形沟建立子单元、薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元、薄壁面状支撑生长几何体布置子单元和薄壁构件几何体布置子单元；

隔形沟建立子单元，用于在找形体量中，建立隔形沟；隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体，隔绝后续拓扑优化计算时对薄壁构件原始形态的找形影响；

薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；内部支撑找形体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化；每个生长线路的厚度范围为2d~5d；生长线路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

薄壁面状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；内部支撑富体量几何体能够直接根据薄壁构件受力情况进行材料优化，生成面状支撑；每个生长环路的厚度范围为2d~5d；生长环路之间的间距为5d~10d；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

薄壁构件几何体布置子单元，用于在以上生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体，用于后续步骤生成杆状支撑和面状支撑。

其中，各个单元的执行过程按照实施例1的一种薄壁构件的内部支撑布置方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，该方法包括：

对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

采用隔形沟和生长几何体处理所述找形体量，形成内部支撑富体量几何体；所述内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，所述生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路；

采用拓扑优化算法，对所述内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；

对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；所述内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量，包括：

对需要生成内部支撑的薄壁构件，建立薄壁构件模型；

将所述薄壁构件模型转换成封闭实体模型，作为薄壁构件的找形体量。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用隔形沟和生长几何体处理所述找形体量，形成内部支撑富体量几何体，包括：

步骤21：在所述找形体量中，建立隔形沟；所述隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体；

步骤22：进行薄壁杆状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在所述生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；

步骤23：进行薄壁面状支撑生长几何体布置：根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在所述生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；

步骤24：在以上步骤22、步骤23的生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体。

4.根据权利要求3所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，在所述找形体量中，建立隔形沟，包括：

以薄壁构件内部边缘向内偏移一个构件细节尺度的距离，即为隔形沟；所述构件细节尺度是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，采用拓扑优化算法，对所述内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形计算，生成内部支撑优化体量，包括：

步骤31：以薄壁构件的几何中心为圆心做球体，所述球体大小为能够包裹住薄壁构件；

步骤32：在薄壁构件模型基础上进一步额外建立相邻构件模型，所述相邻构件模型的范围以超出步骤1所设置球体为准；

步骤33：求得步骤32的相邻构件模型与步骤31的球体之间产生的多个相交截面；

步骤34：在所求得的最大相交截面对应的薄壁构件处，设置支撑约束；该支撑约束沿薄壁构件均匀布置；

步骤35：除了最大相交截面对应的薄壁构件处，在所求得的其他相交截面对应的薄壁构件处均设置荷载，该荷载沿薄壁构件均匀布置；根据原有的薄壁构件计算模型，求得各个荷载大小相对关系，以其中最小的为基准载荷f；其他相交截面荷载大小为f*相对倍数关系；

步骤36：将所述内部支撑富体量几何体和步骤31至步骤35中的相关参数输入拓扑优化算法进行拓扑优化找形计算，得到内部支撑优化体量。

6.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；包括：

采用杆状支撑生成方法生成杆状支撑，建立杆状支撑构件；所述杆状支撑生成方法具体为：

步骤41：选择保留的生长点；所述内部支撑优化体量中若生成点周围有粗壮的形体，且连接通路保留完整，则保留该生长点，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤42：从保留的生长点中任选两个保留的生长点pt1和pt2，分别作为起点和终点；

步骤43：提取所述内部支撑优化体量的网格点，作为路径点；

步骤44：以起点、终点以及路径点作为输入，采用空间最短路径算法，寻找在所述内部支撑优化体量中的pt1到pt2最短路径线，以此作为有效支撑的生成路径；

步骤45：若需要生成圆柱体的杆状支撑，以k*d为直径，沿有效支撑生成线扫掠生成圆柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；若需要生成方柱体的杆状支撑，以k*d为边长的正方形，沿有效支撑生成线扫掠生成方柱体，即为pt1-pt2的内部支撑构件；其中，k为形状控制参数；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤46：对每个生成点，均进行一次步骤41至步骤45，生成所有杆状内部支撑构件；

步骤47：对所有杆状内部支撑构件进融合处理；若杆状内部支撑构件之间相邻距离小于d，则将相邻的杆状内部支撑构件加粗，构成一个杆状内部支撑构件。

7.根据权利要求6所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；还包括：

采用面状支撑生成方法生成面状支撑，建立面状支撑构件；所述面状支撑生成方法具体为：

步骤51：选择保留的生长线；所述内部支撑优化体量中若生长线周围有粗壮的形体，且连接通路保留完整，则保留该生长线，作为实际的支撑与内部支撑相连处；

步骤52：从保留的生长线中任选两条保留的生长线l1和l2，记两条线段中最长的长度为lgmax；对生长线l1和l2等分，等分数量为lgmax/d，对生长线l1和l2各得到lgmax+1个等分点；d为构件细节尺度，是根据薄壁构件的钢材板厚大小进行设置；

步骤53：选另一个任意保留的生长线l2，按d长度进行等分，共得到lg2/d个等分线，lg2/d+1个等分点；

步骤54：生长线l1和l2分别对应的等分点，作为pt1、pt2以杆状支撑生成方法生成有效支撑生成线；共生成lgmax/d条有效支撑生成线；

步骤55：以生长线l1和l2为两条路径线，以lgmax/d条有效支撑生成线为控制截面线，进行双轨扫掠生成有效支撑面；

步骤56：以上述生成的有效支撑面向面两侧各偏移d/2厚度，生成面状支撑构件。

8.根据权利要求1所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法，其特征在于，该方法还包括：根据所述内部支撑构件进行工程处理，包括：

将薄壁构件内部的生成点和生成线作为实际工程内部焊接点，进行焊接处理。

9.一种薄壁构件的内部支撑布置系统，其特征在于，该系统使用如权利要求1至8中任一所述的一种薄壁构件的内部支撑布置方法；该系统包括：

找形体量规划单元，用于对需要生成内部支撑的薄壁构件规划找形体量；

找形体量处理单元，用于采用隔形沟和生长几何体处理所述找形体量，形成内部支撑富体量几何体；所述内部支撑富体量几何体包括薄壁构件几何体、生长几何体和内部支撑找形体，所述生长几何体用以连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体，形成力学通路；

拓扑优化单元，用于采用拓扑优化算法，对所述内部支撑富体量几何体中的内部支撑找形体进行拓扑优化找形，生成内部支撑优化体量；

内部支撑形参转换单元，用于对所述内部支撑优化体量进行内部支撑形参转换，得到内部支撑构件；所述内部支撑构件包括杆状支撑构件和面状支撑构件。

10.根据权利要求9所述的一种薄壁构件的内部支撑布置系统，其特征在于，所述找形体量处理单元包括隔形沟建立子单元、薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元、薄壁面状支撑生长几何体布置子单元和薄壁构件几何体布置子单元；

隔形沟建立子单元，用于在所述找形体量中，建立隔形沟；所述隔形沟将封闭实体模型分为薄壁构件几何体和内部支撑找形体；

薄壁杆状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置杆状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长点，并在所述生长点处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑找形体的生长线路；生成线路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长点以及生长线路得以传递的；

薄壁面状支撑生长几何体布置子单元，用于根据工程需要，若需在薄壁构件内部布置面状支撑，则在薄壁构件几何体布置生长线，并在所述生长线处生长出连接薄壁构件几何体和内部支撑富体量几何体的生长环路；生成环路跨越隔形沟，使得薄壁构件的力能够通过生长线以及生长环路得以传递的；

薄壁构件几何体布置子单元，用于在以上生长点和/或生长线处布置薄壁构件几何体。