(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111266550.4 (22)申请日 2021.10.28 (71)申请人 航天精工股份有限公司 地址 300300 天津市东 丽区引航道1号 (72)发明人 柳思成　王宇宏　许彦伟　李文生　 沈超　程全士　周轩　樊金桃　 王凯雷　 (74)专利代理 机构 天津滨海科纬知识产权代理 有限公司 12 211 代理人 李彦彦 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 一种用于异形 结构的螺 栓布局优化方法 (57)摘要 本发明创造提供了一种用 于异形结构的螺 栓布局优化方法， 包括以下步骤： S1： 读取用户给 定的设计区域信息， 生成设计区域边界， 然后生 成满足边距要求的螺栓布孔区域； S2： 将螺栓的 位置转换为的设计参数， 基于采样参数批量建模 与仿真， 得到数据集； S3： 在S2中得到每个样本对 应的螺栓 载荷后， 建立训练代理模型； S4： 根据S3 建立的模型进行代理模型的优 化， 结果校核； S5： 基于S4的优化结果增加新的样本； S6： 当优化结 果满足要求或样本总数量达到设定上限时， 停止 计算， 若没有， 转到S4。 本发明创造 所述的一种用 于异形结构的螺栓布局优化方法， 提高了螺栓布 孔位置优化的自动化程度， 使用简单， 适用范围 高， 具有较广泛的应用价 值。 权利要求书2页 说明书6页 附图9页 CN 113935135 A 2022.01.14 CN 113935135 A 1.一种用于异形 结构的螺 栓布局优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 读取用户给定的设计区域信息， 生成设计区域边界， 然后生成满足边距要求的螺栓 布孔区域； S2： 将螺栓在若干布孔区域的位置转换为设计参数， 基于采样参数批量建模与仿真， 得 到数据集； S3： 在S2中得到每 个样本对应的螺 栓载荷后， 建立训练代理模型； S4： 将S2中得到的参数根据S3建立的模型进行代理模型的优化， 然后将优化的结果进 行结果校核； S5： 基于S4的优化结果增 加新的样本； S6： 当优化结果满足要求或样本总数量达 到设定上限时， 停止计算， 若没有， 转到S5 。 2.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 在步骤 S1中的读取用户的设计区域信息为： 执行参数化脚本， 导出设计区域的结点和网格数据至 文本文件中； 读取该文件， 获得结点和网格数据， 利用区域边界结点与内部结点隶属网格数 目的差异， 区分得到边界结点 集合。 3.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 在步骤 1中的生成设计区域边界为： 确定边界多段线信息， 对边界结点集合求平均， 得到一个中心 点， 求边界所有结点相对于该中心 点的距离与弧度， 给出边界所有 结点的极坐标系表示， 将 所有边界结点按照弧度大小排序， 并按照该顺序将边界结点连接为多段线， 得到边界结点 的多段线表示。 4.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 步骤S1 中生成满足边距要求的螺栓布孔区域为： 根据区域边界的多段线表示， 依 次对多段线一个 顶点相连的两条线段进行平移操作， 得到该两线段新的交点， 当两条线段的交点为P时， 将 两条直线分别沿法线方向向内缩进距离 L， 得到新的交点Q， P点沿矢 量V1移动， 再沿矢量V2移 动， Q的极坐标表达式为： P为两条线段的交点的极坐标； L为两条直线分别沿法线方向 向内缩进的距离； V1和V2为P点移动的矢量； θ 为两条线段的夹角； 取L等于边距， 对于多段线两两相连的线段分别执行以上操作， 即可求出缩进后的可布 孔区域轮廓点集合； 得到可布孔区域轮廓点的信息后， 重新给出这些点的极坐标表示r和 θ， 使用分段线性插值对这些点进行拟合， 得到 完整可布孔区域的轮廓线。 5.根据权利要求4所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 所述步 骤S2中设计参数的转化为： 根据S1中得到的极坐标， 将每个布孔区域使用极坐标系下的点 距圆心距离r和弧度θ表示， 对于M个布孔区域， 设计变量的数 目为2M， 采取在区域的最小外 接圆内使用采样方法， 并排除掉区域外的采样点。 6.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 所述步 骤S2中采样参数批量建模与仿真为： 采样得到足够数量的样本后， 将样本的设计参数转换权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113935135 A 2为每个布孔区域内的笛卡尔坐标， 自动调用结构仿真软件进行自动布孔和有限元仿真， 计 算每个样本对应螺 栓布孔位置的载荷， 得到数据集。 7.根据权利要求6所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 将步骤 S2中计算得到每个样本与对应的螺栓载荷对应后， 构建用于代理模型训练的数据集， 利用 回归方法构建代理模型， 回归方法包括神经网络、 支持向量回归、 高斯过程回归、 多项式回 归； 该代理模型拟合的函数 可以表示 为： P＝M(r, θ ) 其中， P＝{P1,P2,…,PM}表示螺栓载荷集 合； r＝{r1,r2,…,rM}表示每个螺栓位置相对于对应圆心 距离的集 合； θ ＝{ θ1, θ2,…, θM}表示每个螺栓位置相对于对应圆心弧度的集 合； 训练得到的代理模型根据输入的螺 栓位置优化 参数快速预测螺 栓载荷。 8.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 所述步 骤S4中代理模型优化的算法包括遗传算法、 例子蚁群算法、 蚁群算法、 人工蜂群算法、 蜘蛛 猴算法； 在优化算法的使用中， 首先设定优化目标和约束条件， 优化目标包括但不 限于螺栓载 荷的标准差最小、 螺栓中最大载荷最小， 约束条件包括但不限于螺栓的边距和间距的最大 限制和最小限制； 将步骤S2中的参数作为优化变量， 设定参数范围， 通过优化算法进行优化， 在优化过程 中， 将步骤S3构建的代理模型嵌入到优化算法中的适应度计算函数中， 根据优化变量快速 计算所有螺栓载荷， 并根据选择优化目标计算目标函数值； 设定优化的终止条件， 得到 当前 条件下的最优螺 栓布孔位置。 9.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 在步骤 S4中得到优化结果后， 将优化后得到的最优变量输入到参数化建模仿真程序中， 得到螺栓 载荷的计算值， 将其与 代理模型预测结果对比， 如果二者差异较大， 说明代理模 型的精度较 差， 得到的优化结果并不可靠， 需要进一步采用自适应采样的方式进一步增加样本， 转到 S5； 如果结果较好， 说明代理模型准确， 优化结果可信， 转到S6 。 10.根据权利要求1所述的一种用于异形结构的螺栓布局优化方法， 其特征在于： 所述 S5中的增 加的样本分为3类： 第一类： 上一 步优化结果重新仿真计算后的样本； 第二类： 邻域开发： 寻找现有样本集合中最优样本附近的参数组合， 可以称之为开发， 对现有最优样本施加 局部扰动， 得到若干新的样本， 添加到样本集 合中； 第三类： 空间探索： 在可 行的参数空间内随机采样生成若干样本， 添加到样本集 合中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113935135 A 3