高效分析结构应力的光滑子域的Galerkin方法-复审决定


发明创造名称:高效分析结构应力的光滑子域的Galerkin方法
外观设计名称:
决定号:182102
决定日:2019-06-24
委内编号:1F254099
优先权日:
申请(专利)号:201510737990.1
申请日:2015-11-03
复审请求人:湖南大学
无效请求人:
授权公告日:
审定公告日:
专利权人:
主审员:陈学元
合议组组长:朱世菡
参审员:吴广平
国际分类号:G06F19/00
外观设计分类号:
法律依据:专利法第25条第1款第(二)项
决定要点:如果一项权利要求请求保护的方案只是对数学方法的优化,其计算过程仅仅是一种只包含数学推演与数值计算的思维活动,则该权利要求整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
全文:
本复审请求涉及申请号为201510737990.1,名称为“高效分析结构应力的光滑子域的Galerkin方法”的发明专利申请(下称本申请)。申请人为湖南大学。本申请的申请日为2015年11月03日,公开日为2016年01月13日。
经实质审查,国家知识产权局原审查部门于2018年03月20日发出驳回决定,以权利要求1-7属于专利法第25条第1款第(二)项规定的不授予专利权的范围为由驳回了本申请。具体理由是:权利要求1请求保护一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,该方法首先将整个问题域划分为多个子域,应用点积分方法替代高斯积分方法,分别求出每个子域刚度矩阵和力向量,然后通过自由度缩减方法,获得缩减问题域的总体离散方程,最后根据缩减后的节点自由度得到问题域所有节点的自由度,根据已知的问题域内的所有的节点的位移值,得出相对位置的结构应力。该方法在于将子域刚度矩阵降维,再将降维后的矩阵组装计算,从而达到降低计算量的目的,解决工程问题中复杂几何单元划分耗时的问题。该方法涉及数值计算领域,针对从工程力学中抽象出的模型进行问题域的降维,达到提高工程应力计算效率的效果,因此权利要求1的方案属于专利法第25条第1款第(二)项所规定的智力活动的规则和方法,因此不能被授予专利权。权利要求2-7是权利要求1的从属权利要求,其附加特征限定的全部内容仅涉及数值计算领域,因此权利要求2-7的方案同样属于专利法第25条第1款第(二)项所规定的智力活动的规则和方法,因此不能被授予专利权。
驳回决定所依据的文本为:申请日2015年11月03日提交的说明书第1-140段,说明书附图图1-3、5-6、9、11,说明书摘要,摘要附图;2015年12月03日提交的说明书附图图4、7-8、10;2018年02月13日提交的权利要求第1-7项。驳回决定所针对的权利要求书如下:
“1.一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:第一步,将整个问题域划分为多个子域,在每个子域内分布无连接信息的节点;第二步,计算每个子域刚度矩阵和力向量,包括在每个子域内生成多个的光滑网格,采用光滑应变技术,将二维问题的面积分转化成为线积分,并得到每个子域的刚度矩阵;第三步,采用静态凝聚的方法,缩减子域自由度;第四步,获得缩减问题域的总体离散方程;第五步,根据缩减后的节点自由度得到问题域所有节点的自由度;第六步,根据已知的问题域内的所有的节点的位移值,得出相对位置的结构应力。
2.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第二步进一步包括:遍历子域中的每个光滑网格,并计算光滑网格的面积;遍历边界分段上的高斯积分点;查找子域内的全部节点确定积分点的相邻节点,计算得到所述子域相应刚度矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第三步进一步包括通过转换矩阵将内部节点的自由度转换到边界节点上,使各个子域的自由度进行了缩减。
4.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第三步进一步包括采用静态凝聚的方法,通过转换矩阵将内部节点的自由度转换到边界节点上,使各个子域的自由度进行了缩减。
5.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第四步进一步包括计算得到所有子域的缩减后的刚度矩阵,依照有限元法的方式将缩减后的刚度矩阵组装起来,得到缩减问题域自由度的总体离散方程。
6.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述步骤五进一步包括,根据计算得到的缩减后的节点自由度,得到每个子域内的内部节点的自由度,即问题域内所有节点的自由度。
7.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述步骤六进一步包括根据已知的问题域内的所有的节点的位移值,计算得到问题域内任何位置的位移和问题域内任何位置的应变,进而得出相对位置的结构应力。”
申请人(下称复审请求人)对上述驳回决定不服,于2018年06月19日向国家知识产权局提出了复审请求,未对申请文件进行修改。复审请求人认为:本申请解决工程问题中的如何提高效率问题,可以在实际工程领域广泛应用,并非针对性的应用于实际工程领域中某一个或几个具体工程场景。本申请解决的问题是如何提高效率,如复杂集合单元划分耗时,对不同子域内的节点进行重复处理,对行函数求导带来的不稳定等问题;包含了高效获取位移值的手段,达到提高效率的目的,利用自然规律解决了技术问题。权利要求中的概念是客观的存在,并非源于人的思维、也非经过人的思维运动为媒介,各个步骤均是利用自然规律的技术特征,并非智力活动的规则和方法。
经形式审查合格,国家知识产权局于2018年09月07日依法受理了该复审请求,并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为:首先,本申请涉及数值计算领域,具体涉及一种提高工程应力计算效率的方法,可见本申请重点在于由计算机程序执行的数值计算方法;其次,本申请请求保护的基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,该方法针对工程力学中抽象出的模型进行问题域的降维,达到提高工程应力计算效率的效果,且其目的在于将子域刚度矩阵降维,再将降维后的矩阵组装计算,从而达到降低计算量的目的,解决工程问题中复杂几何单元划分耗时的问题;该解决方案计算步骤中的“问题域”、“子域”、“静态凝聚方法”、“节点的自由度”、“位移值”以及从属权利要求中的“子域刚度矩阵”、“子域自由度”、“总体离散方程”、“内部节点的自由度”和“结构应力”虽然是客观的存在,自然人能够利用其中的自然规律进行研究与分析。但是客观自然需要结合具体的场景,才能解决自然规律下具体的技术问题,此处的结构应力只是一个单纯的概念,其中的相对位置不能体现具体为哪里的相对位置,其中的节点也不能反映实际的节点内容,因此其仅仅是自然人针对工程应力计算,提炼出的利用无网格Galerkin方法进行的数值计算方法仍旧属于数值的运算方法,是经过人的思维运动作为媒介,没有采用技术手段,也未解决技术问题和产生技术效果。因此,上述解决方案是一种由计算机程序执行的数值计算方法,求解的虽然与物理量有关,但求解过程是一种数值计算,整体方案仍旧属于一种数学计算方法。因此本申请属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动规则和方法,不属于专利保护的客体。因而坚持原驳回决定。
随后,国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年02月12日向复审请求人发出复审通知书,指出:权利要求1请求保护一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其中将问题域划分为若干个子域,计算每个子域刚度矩阵和力向量,采用光滑应变技术,将面积分转化成为线积分并得到每个子域的刚度矩阵,采用静态凝聚的方法缩减子域自由度,获得缩减问题域的总体离散方程,得到问题域所有节点的自由度,并根据已知的问题域内的所有的节点的位移值得出相对位置的结构应力。然而该权利要求并未与具体的应用场景紧密结合,其中的问题域、子域、节点、刚度矩阵、力向量、光滑网格、自由度、位移值、结构应力属于对工程技术中通用物理概念进行抽象后的数学表达,这种通用的结构应力计算方法的处理对象、过程和结果都是抽象的;计算过程中采用的光滑应变技术、静态凝聚方法属于纯粹的数学方法或数学算法,该数学方法或数学算法仅体现人类抽象思维的结果。换而言之,该权利要求只是对数学方法的优化,其计算过程中没有采用技术手段对任何物理对象或实体进行操作或施加影响,也不能使任何物理对象或实体转换到不同的状态,其仅仅是一种只包含数学推演与数值计算的思维活动。所以该权利要求整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。权利要求2-7是权利要求1的从属权利要求,其对计算方法的步骤进行进一步限定,然而权利要求2-7也仅仅是对数学方法的优化,并未与具体的应用场景紧密结合,所以整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
复审请求人于2019年03月08日提交了意见陈述书,并且修改了权利要求书,在独立权利要求1中增加特征“用于计算水坝力学信息”和“所述水坝底部固支,左右两侧施加不同高度的水压,坝体采用不规则分区”。复审请求人认为:权利要求1中针对水坝这一物理实体,在求取水坝力学信息这一具体应用场景中,在水坝左右两侧分别施加不同高度的水压,通过将水坝分开为若干部分对待,基于光滑子域的Galerkin计算各子域中节点的位置位移,最终得到水坝的力学信息。充分利用水坝内部各组分之间的相互连接关系,不影响整体的客观性质这一客观自然规律,解决了针对坝体直接处理,过程复杂的问题;子域内的节点相互之间无法连接信息,解决了对坝体中不同子域内的节点进行重复处理,效率低的问题。并且复审请求人在此基础上,进一步地对计算方法的各个步骤进行了解释。复审请求人新修改的权利要求书如下:
“1.一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,用于计算水坝力学信息,其特征在于,所述水坝底部固支,左右两侧施加不同高度的水压,坝体采用不规则分区;该方法包括以下步骤:第一步,将整个问题域划分为多个子域,在每个子域内分布无连接信息的节点;第二步,计算每个子域刚度矩阵和力向量,包括在每个子域内生成多个的光滑网格,采用光滑应变技术,将二维问题的面积分转化成为线积分,并得到每个子域的刚度矩阵;第三步,采用静态凝聚的方法,缩减子域自由度;第四步,获得缩减问题域的总体离散方程;第五步,根据缩减后的节点自由度得到问题域所有节点的自由度;第六步,根据已知的问题域内的所有的节点的位移值,得出相对位置的结构应力。
2.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第二步进一步包括:遍历子域中的每个光滑网格,并计算光滑网格的面积;遍历边界分段上的高斯积分点;查找子域内的全部节点确定积分点的相邻节点,计算得到所述子域相应刚度矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第三步进一步包括通过转换矩阵将内部节点的自由度转换到边界节点上,使各个子域的自由度进行了缩减。
4.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第三步进一步包括采用静态凝聚的方法,通过转换矩阵将内部节点的自由度转换到边界节点上,使各个子域的自由度进行了缩减。
5.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述第四步进一步包括计算得到所有子域的缩减后的刚度矩阵,依照有限元法的方式将缩减后的刚度矩阵组装起来,得到缩减问题域自由度的总体离散方程。
6.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述步骤五进一步包括,根据计算得到的缩减后的节点自由度,得到每个子域内的内部节点的自由度,即问题域内所有节点的自由度。
7.根据权利要求1所述的一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其特征在于,所述步骤六进一步包括根据已知的问题域内的所有的节点的位移值,计算得到问题域内任何位置的位移和问题域内任何位置的应变,进而得出相对位置的结构应力。”
在上述程序的基础上,合议组认为本案事实已经清楚,可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人于2019年03月08日提交了权利要求书的全文修改替换页。经审查,上述修改符合专利法实施细则第61条第1款及专利法第33条的规定。本复审决定所依据的文本为:申请日2015年11月03日提交的说明书第1-140段,说明书附图图1-3、5-6、9、11,说明书摘要,摘要附图;2015年12月03日提交的说明书附图图4、7-8、10;2019年03月08日提交的权利要求第1-7项。
具体理由的阐述
专利法第25条第1款规定:
对于下列各项,不授予专利权:
科学发现;
智力活动的规则和方法;
疾病的诊断和治疗方法;
动物和植物品种;
用原子核变换方法获得的物质;
对平面印刷品的图案、色彩或者二者的结合作出的主要起标识作用的设计。
如果一项权利要求请求保护的方案只是对数学方法的优化,其计算过程仅仅是一种只包含数学推演与数值计算的思维活动,则该权利要求整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
权利要求1-7属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
(2.1)权利要求1请求保护一种基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其中将问题域划分为若干个子域,计算每个子域刚度矩阵和力向量,采用光滑应变技术,将面积分转化成为线积分并得到每个子域的刚度矩阵,采用静态凝聚的方法缩减子域自由度,获得缩减问题域的总体离散方程,得到问题域所有节点的自由度,并根据已知的问题域内的所有的节点的位移值得出相对位置的结构应力。
当前权利要求1中的水坝特征与结构应力计算方法的步骤没有关联,该方法的计算过程并未实质上体现与水坝应用场景进行结合,因此权利要求1仍然是基于光滑子域的Galerkin计算结构应力的方法,其中的问题域、子域、节点、刚度矩阵、力向量、光滑网格、自由度、位移值、结构应力属于对工程技术中通用物理概念进行抽象后的数学表达,这种通用的结构应力计算方法的处理对象、过程和结果都是抽象的,该方法是工程技术中通用的计算方法;计算过程中采用的光滑应变技术、静态凝聚方法属于纯粹的数学方法或数学算法,该数学方法或数学算法仅体现人类抽象思维的结果。换而言之,该权利要求只是对数学方法的优化,其计算过程中没有采用技术手段对任何物理对象或实体进行操作或施加影响,也不能使任何物理对象或实体转换到不同的状态,其仅仅是一种只包含数学推演与数值计算的思维活动。所以该权利要求整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
(2.2)权利要求2-7是权利要求1的从属权利要求,其对计算方法的步骤进行进一步限定,然而权利要求2-7也仅仅是对数学方法的优化,并未实质上体现与水坝应用场景进行结合,所以整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
对复审请求人相关意见的评述
合议组经过讨论,对复审请求人的意见(详见案由部分)答复如下:
首先,当前权利要求1中增加的水坝特征与计算结构应力的方法的步骤没有关联,该方法的计算过程未实质上体现与水坝应用场景进行结合,权利要求1中的问题域、子域、节点、刚度矩阵、力向量、光滑网格、自由度、位移值、结构应力属于对工程技术中通用物理概念进行抽象后的数学表达,这种通用的结构应力计算方法的处理对象、过程和结果都是抽象的,因此该方法实质上是工程技术中通用的计算方法;计算过程中采用的光滑应变技术、静态凝聚方法属于纯粹的数学方法或数学算法,该数学方法或数学算法仅体现人类抽象思维的结果。该权利要求只是对数学方法的优化,其计算过程中没有采用技术手段对任何物理对象或实体进行操作或施加影响,也不能使任何物理对象或实体转换到不同的状态,其仅仅是一种只包含数学推演与数值计算的思维活动。所以该权利要求整体上属于抽象的数学计算方法,属于专利法第25条第1款第(二)项规定的智力活动的规则和方法,不能被授予专利权。
此外,虽然复审请求人结合水坝模型和参数对权利要求1的计算方法的各个步骤进行了进一步解释,然而复审请求人所陈述的这些特征在权利要求和说明书中均没有描述,因此不可以用来限定和解释权利要求的保护范围。
综上所述,复审请求人的意见陈述不具有说服力,合议组不予支持。
基于上述事实和理由,合议组依法作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年03月20日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可自收到本复审决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。


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