開放式結構拓撲最佳化軟體設計與研發

《開放式結構拓撲最佳化軟體設計與研發》是依託大連理工大學,由陳飆松擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開放式結構拓撲最佳化軟體設計與研發
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳飆松

項目摘要

本項目計畫基於已研發的新一代自主計算力學軟體平台SiPESC，採用軟體工程的現代設計方法和技術(如面向對象、外掛程式技術、腳本語言、UML等)，研發開放性的結構拓撲最佳化軟體系統。具體工作包括：研發麵向通用目標的最佳化算法軟體設計框架、面向結構拓撲最佳化的靈敏度分析與過濾算法軟體設計框架、具有開放性的結構拓撲最佳化軟體系統、以及面向大規模問題和多學科的結構拓撲最佳化計算功能。本工作特色是系統開放性和功能集成性。本項目的目標是構建開放式的結構拓撲最佳化計算系統，建立軟體系統的動態開放接口和管理機制，集成並研發典型的拓撲最佳化計算功能和最佳化求解算法，實現大規模結構拓撲最佳化(百萬自由度有限元模型、數十萬拓撲設計變數最佳化模型以上規模)問題的計算。

結題摘要

結構拓撲最佳化是實現結構創新設計、結構輕量化的關鍵技術，其研究與套用依賴計算軟體。本項目計畫基於已研發的新一代自主計算力學軟體平台SiPESC，採用軟體工程的現代設計方法和技術，研發開放性的結構拓撲最佳化軟體系統。具體工作包括：研發麵向通用目標的最佳化算法軟體設計框架、面向結構拓撲最佳化的靈敏度分析與過濾算法軟體設計框架、具有開放性的結構拓撲最佳化軟體系統、以及面向大規模問題和多學科的結構拓撲最佳化計算功能。本項目的目標是構建開放式的結構拓撲最佳化計算系統，建立軟體系統的動態開放接口和管理機制，集成並研發典型的拓撲最佳化計算功能和最佳化求解算法，實現大規模結構拓撲最佳化計算。 項目研發了結構拓撲最佳化軟體SiPESC.TOPO，提出了結構拓撲最佳化軟體SiPESC.TOPO設計方案、算法設計模式，構建了開放式的結構拓撲最佳化計算環境，集成了結構拓撲變數插值算法、靈敏度分析分析算法、拓撲過濾算法等，實現了複雜結構拓撲最佳化計算，初步形成了工程套用能力。基於“平台+外掛程式”的設計思想，提出了最佳化算法庫設計的面向對象設計方案與軟體設計模式，實現了最佳化算法便捷集成機制；開發了試驗設計與近似模型軟體工具庫，為複雜/多學科最佳化提供了基礎；基於腳本語言環境，實現了多軟體集成能力，形成了集成最佳化軟體系統SiPESC.OPT，完成了多項工程最佳化的套用。 項目研發工作發表論文9篇，獲批軟體著作權和專利各1項，培養博士生3人，碩士生7人。結構拓撲最佳化軟體SiPESC.TOPO與SiPESC.OPT已完成逾20萬行代碼，構建了開放性和可拓展性的軟體系統，總體功能與國外同類主流軟體相當，特色算法實現超越。本項目開發的軟體已在太空飛行器、運載火箭等領域獲得型號套用，並已開發了工程定製化/專業軟體。