1.一种基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)针对待设计的机械结构，根据机械结构的结构、功能、受载、约束特点，通过仿生学原理，基于结构相似性、功能相似性、边界相似性，初步选择生物胞元；所述边界相似性包括受载相似性和约束相似性；

(2)从相似目标层，相似要素层，相似特征层，对初步选择的生物胞元和机械设计结构进行相似度量化评定；

(3)如果所述相似度低于预设相似度阈值，则重复步骤(1)和(2)，直到选择的生物胞元与机械设计结构之间的相似度高于预设相似度阈值，则所选择的生物胞元为最终确定的合适的生物胞元；所述预设相似度阈值不低于0.7；

(4)根据仿生学原理，对生物胞元的组成结构及特征进行分析，并采用物元矩阵表征提取生物胞元；

(5)对生物胞元的基本组成特征进行权重影响性分析，去除其中权重影响低于预设权重影响阈值的基本组成特征，实现对生物胞元的特征简化；所述预设权重影响阈值不高于

0.1；

(6)通过映射建模，构建基于简化后胞元物元矩阵的胞元结构模型，且基于胞元物元矩阵确定胞元结构模型的确定性结构模型及其待优化的结构设计变量；

(7)根据步骤(6)中的结构设计变量，基于结构优化方法，对所述胞元结构模型进行优化；

(8)基于子结构的整体机械结构设计方法，以胞元结构模型为机械子结构的拓扑结构，对待设计的机械结构进行仿生设计；

(9)此时，若基于单个胞元的仿生拓扑设计性能满足要求，则结束；反之，若基于单个胞元的仿生拓扑设计无法满足设计性能要求时，进行步骤(10)；

(10)引入新的胞元并且与原胞元杂交得到混合胞元；

重复步骤(7)和步骤(8)，实现基于混合胞元的机械结构仿生设计；重复步骤(9)，若混合胞元的仿生拓扑设计性能满足要求，则结束；否则，重复步骤(10)，再次引入新的胞元与原混合胞元杂交得到新的混合胞元，并重复步骤(7)和步骤(8)，实现基于新的混合胞元的机械结构仿生设计，直到仿生拓扑设计的性能满足要求；

其中，步骤(2)具体包括如下内容：

(2.1)将初步选择的生物胞元和机械设计结构之间的相似度评定自顶向下分为三层：相似目标层，相似要素层，相似特征层；

(2.2)构建相似目标层和相似元素层的关系：

相似目标层为生物胞元与待设计机械结构之间的相似度S的最终评价，其与相似元素层各元素o之间存在加权和的关系，即：式中，si(oi)为生物胞元与机械设计结构之间的第i个相似要素oi的相似度；ωsi为第i个相似要素oi的权重系数，0≤ωsi≤1且 I是生物胞元与机械设计结构之间的所有的相似要素oi的总个数；

(2.3)构建相似元素层和相似特征层的关系：

相似要素层的各要素o含有不同的相似特征p，各要素与其所含特征之间同样存在着加权和的关系，即：式中，ωpij为第i个相似要素oi内所含的第j个相似特征pij的权重系数，0≤ωpij≤1且spij(pij)为第i个相似要素oi内所含的第j个相似特征pij的相似度；J是生物胞元与机械设计结构之间的第i个相似要素oi内所有的相似特征pij的总个数；

(2.4)采用数值对相似特征pij的相似度spij(pij)量化：按照相似强烈程度从高到低，将相似特征pij的相似度spij(pij)依次划分为极其相似、较相似、相似、略相似、不相似，并且以对应的量化数值u表征相似强烈度：u＝{0.9，0.7，0.5，0.3，0.1}＝{极其相似，较相似，相似，略相似，不相似}；

(2.5)计算生物胞元与机械设计结构之间的整体相似度：

将(2.3)中的式 代入(2.2)中的式 并综合(2.4)中

的spij(pij)量化值，得到相似目标层内生物胞元和机械结构之间的整体相似度为spj(pij)＝0.9，0.7，0.5，0.3或0.1。

2.根据权利要求1所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于，步骤(4)具体包括如下内容：(4.1)在确定了合适的生物胞元的基础上，根据仿生学原理，对生物胞元的组成结构及特征进行分析，确定生物胞元的各部分组成、各部分组成所对应的特征、以及各部分组成所对应的特征指标；

(4.2)采用物元矩阵表征提取生物胞元：

根据可拓 学的物元理 论，将已 确定的生物 胞元以物元 矩阵表达 为式中，CE表示已确定的生物胞元，N为该胞元的名称，pi为该

胞元的第i个组成特征，n为该胞元所包含的组成特征个数，P为组成特征向量，qi为第i个组T T成特征pi的特征指标，Q为组成特征指标向量；且P＝[p1,p2......pn]，Q＝[q1,q2......qn]。

3.根据权利要求2所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于：步骤(4.2)采用物元矩阵表征提取生物胞元的过程中，选取胞元中普遍性存在的确定性特征作为其基本组成特征，构成基本特征向量pb，且其对应的特征指标向量qb内的指标均是确定的；

而将生物胞元的非确定性特征作为其附加组成特征，构成其附加特征向量pa，且其对应的特征指标向量qa内的指标是不确定的，将其作为变量通过后续胞元结构模型对这些变量T T进行优化；并且，P＝[pb,pa]，Q＝[qb,qa]。

4.根据权利要求3所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于：步骤(6)生物胞元结构建模过程中，以几何特征为映射建模构建工具，所构建结构模型与胞元的最大相似性为映射建模原则，所述几何特征为三维体、二维面、一维点或线；在生物胞元结构建模过程中，基本特征向量pb和特征指标向量qb与胞元模型中的确定性结构模型相对应；而附加特征向量pa及其对应的特征指标向量qa与胞元模型中的结构待优化部分相对应，且pa为结构待待优化部分的设计变量，qa为设计变量的参考变化范围。

5.根据权利要求1所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于：所述步骤(10)中，所述混合胞元由如下步骤获得：(10.1)根据需进一步待改善的力学性能要求，基于步骤(1)至步骤(6)，得到对应于待改善的力学性能的新的生物胞元及该生物胞元的结构模型；

(10.2)对胞元混合问题进行冲突建模；

(10.3)对胞元混合冲突问题进行求解，得到胞元混合问题的创新原理解集SP；

(10.4)通过类比思维和方法，根据创新原理解集SP，得到胞元混合冲突问题的具体求解方案，从而得到混合胞元。

6.根据权利要求5所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于：所述需进一步待改善的力学性能通过一次生物胞元混合即可满足要求。

7.根据权利要求6所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于，步骤(10.2)具体包括如下内容：(10.21)对胞元混合问题中存在的技术冲突进行分析，确定胞元混合问题中改善的技术矛盾因素与恶化的技术矛盾因素；

(10.22)根据步骤(10.21)中改善的技术矛盾因素和恶化的技术矛盾因素，选择合适的TRIZ通用工程参数Ri和Ci对改善的技术矛盾因素和恶化的技术矛盾因素进行描述，从而实现了对胞元混合问题冲突建模；Ci为恶化的通用工程参数，Ri为改善的通用工程参数。

8.根据权利要求7所述的基于生物胞元的机械结构仿生拓扑设计方法，其特征在于，步骤(10.3)具体包括如下内容：根据恶化的通用工程参数Ci和改善的通用工程参数Ri，查询矛盾冲突矩阵MTRIZ，得到其对应的创新原理解集SP，用公式表示为SP＝MTRIZ(Ri,Ci)

其中，矛盾冲突矩阵MTRIZ描述了39个通用工程参数和创新发明原理解集之间的对应关系，即：式中，改善的通用工程参数Ri与矩阵的行对应，恶化的通用工程参数Ci与矩阵的列对应，且i＝1...39； 为MTRIZ的第m行第n列的矩阵元素，是与第m个改善的通用工程参数Rm和第n个恶化的通用工程参数Cn相对应的创新发明原理解集，且m＝1...39，n＝1...39。