基于拓扑理论的产品仿生形态进化设计方法

发布时间：2021-07-15 07:18

　　目的为了更好地在定量层面控制产品形态仿生设计,快速地获得多种方案,运用拓扑理论和猴王遗传算法,构建出产品仿生形态进化设计方法。方法首先,利用拓扑权值,识别仿生对象的特征要素。然后,对产品形态与仿生对象特征要素进行拓扑相似度评价,以此为适应度函数,应用猴王遗传算法实现高效的产品仿生形态进化设计。结果以"企鹅—水壶"仿生形态设计为例,对该方法进行实例研究,结果表明,它能够比较合理地保留仿生对象特征要素,并且能够较高效率地提供多样化方案。结论在产品仿生形态设计中,充分考虑仿生对象的特征要素,量化产品形态与仿生对象之间的认知距离,再结合进化算法,使产品仿生形态设计更加理性和高效。 

【文章来源】：包装工程. 2020,41(10)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

企鹅特征拓扑图

N(x)为距离的归一化函数。TSIM(La,Lb)体现了结构线La,Lb拓扑结构之间的相似程度，因此，其值越大表示结构线La,Lb越相似，反之越不相似。本研究利用拓扑相似度模型作为进化设计中的适应度函数，筛选出形态相似度较高的仿生产品方案。5形态进化许多产品形态设计以形态改良设计为主，其核心是以成功实例为基础解决新问题。这些都可以通过基于遗传算法的产品形态进化设计来实现。猴王遗传算法思想来源于自然界中猴王在猴群中具有绝对基因遗传优先权的模式，猴王遗传算法见图5[13]。图5猴王遗传算法Fig.5Monkeykinggeneticalgorithm

??餍翁??靥卣鹘?薪馕觯?≡裼肫渚哂幸欢ㄐ?态相似性的企鹅为仿生对象。通过各种渠道进行设计调查，建立生物体图片库，收集现有企鹅仿生水壶代表性样本，建立产品样本库，仿生产品样本库见图6。首先，确定企鹅的常态角度为“站姿—侧视”。然后，依据认知稳定性，绘制树型企鹅特征拓扑图：（1）第一层级为企鹅整体形态；（2）企鹅无“显著特征”，因此无第二层级；（3）由于企鹅属鸟纲，则第三次层级为鸟纲主要拓扑结构；（4）第四层级为企鹅二级特征结构，与鸟纲标杆生物鸽子相比较，标杆生物与生物拓扑结构见图7，企鹅在头部、翼部、尾部特征及躯干与下肢的拓扑关系上具备特征性，由此可进一步将其喙部、蹼部划分为局部特征；（5）将其与同科标杆生物——麻雀进行比较，无更多细分特征，因此无第五层级。综上，企鹅的特征拓扑图主要分为三层，即生物原型形态、主要拓扑结构、二级拓扑结构，企鹅特征拓扑图见图8。图6仿生产品样本库Fig.6Bionicproductsamplelibrary图7标杆生物与生物拓扑结构Fig.7Benchmarkcreatureandbiologicaltopology图8企鹅特征拓扑图Fig.8Penguincharacteristictopology

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3285270