从计算机辅助设计到人辅助设计——一种等几何拓扑优化方法

王英俊 , 肖蜜 , 夏兆辉 , 李培根 , 高亮

工程(英文) ›› 2023, Vol. 22 ›› Issue (3) : 94 -105.

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工程(英文) ›› 2023, Vol. 22 ›› Issue (3) : 94 -105. DOI: 10.1016/j.eng.2022.07.013
研究论文

从计算机辅助设计到人辅助设计——一种等几何拓扑优化方法

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From Computer-Aided Design (CAD) Toward Human-Aided Design (HAD): An Isogeometric Topology Optimization Approach

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摘要

本文提出了一种新的设计模式——人辅助设计,以取代传统的计算机辅助设计。在人辅助设计中,计算机可以通过一种新的等几何拓扑优化自动完成整个产品设计,而人类仅需协助轻微修改设计以满足要求。文中提出了一种嵌入域等几何拓扑优化用于设计具有不规则设计域的复杂模型,并且可以基于分层等几何拓扑优化结果自动生成优化结果的可编辑几何模型。测试了三个算例以验证所提出的等几何拓扑优化模式,包括一个具有规则设计域的3D悬臂梁,一个具有不规则设计域的汽车零件和一个具有多尺度结构的MBB梁。结果表明,所提出的等几何拓扑优化模式可以自动生成高质量的优化模型。因此,该技术具有成为革命性技术的巨大潜力,可以将当前设计模式由计算机辅助设计转变为人辅助设计。

Abstract

In this paper, the novel design mode of human-aided design (HAD) is proposed to replace conventional computer-aided design (CAD). In HAD, computers can automatically complete the whole product design via a new isogeometric topology optimization (ITO), while humans just assist to slightly modify the design to meet requirements. An embedded domain ITO is presented to design complex models with irregular design domains, and editable geometric models of optimized results can be automatically generated based on layered ITO results. Three examples are tested to verify the proposed HAD mode, including a 3D cantilever beam with a regular design domain, an automotive part with an irregular design domain, and a Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) beam with a multiscale structure. The results demonstrate that the proposed HAD mode can automatically deliver high-quality optimized models; thus, it has great potential as a revolutionary technology to change the current design mode from CAD to HAD.

关键词

人辅助设计 / CAD/CAE一体化 / 等几何分析 / 结构优化 / 等几何拓扑优化

Key words

Human-aided design / CAD/CAE integration / Isogeometric analysis / Structural optimization / Isogeometric topology optimization

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王英俊,肖蜜,夏兆辉,李培根,高亮. 从计算机辅助设计到人辅助设计——一种等几何拓扑优化方法[J]. 工程(英文), 2023, 22(3): 94-105 DOI:10.1016/j.eng.2022.07.013

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