【技术实现步骤摘要】
一种用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法
本专利技术涉及多尺度结构拓扑优化设计领域，尤其涉及一种用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法。
技术介绍
结构拓扑优化方法是仿真驱动的结构设计方法，可在满足设计约束条件下，实现设计域内材料的合理分配，广泛应用于工业结构的轻量化设计。与仅在结构宏观尺度开展设计的传统拓扑优化方法相比，多尺度拓扑优化可考虑尺度耦合效应，实现材料结构一体化设计。在航空航天等工业装备应用需求的推动下，国内外众多学者开始从多物理场耦合、跨尺度计算等方面积极探索轻质、多功能结构设计的新理论与新技术。现有针对防隔热承载结构的传统设计模式通常需要通过多轮试错才能获得一个可接受的设计方案，涉及的多物理场仿真求解效率低，设计周期长，依赖于设计者的经验和专业水平，且往往忽略设计因素和不同学科、不同尺度间的耦合效应，获得的优化设计无法兼顾多种功能需求。现有多尺度结构拓扑优化方法虽然能够实现不同拓扑形式微结构的优化分布，但相邻微结构的边界几何连续性难以保证。而在结构服役过程中，相邻微结构几何连续过渡是...
【技术保护点】
1.一种用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、预定义多个拓扑渐变的复合点阵微结构，预测所述复合点阵微结构的等效属性，构建所述复合点阵微结构所述等效属性的显式代理模型；其中所述代理模型为所述复合点阵微结构几何参数和材料体积分数的显式函数；/n步骤2、将待设计结构划分为多个宏观单元，假设每个所述宏观单元由一种复合点阵微结构填充，对每个宏观单元赋予初始相对密度值；基于“设计变量场-过滤场-物理密度场”的变密度拓扑参数模型，建立冷却剂属性与所述复合点阵微结构等效属性的连续插值格式；基于每个宏观单元的所述物理密度值，根据所述步骤1中构建的所...
【技术特征摘要】
1.一种用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、预定义多个拓扑渐变的复合点阵微结构，预测所述复合点阵微结构的等效属性，构建所述复合点阵微结构所述等效属性的显式代理模型；其中所述代理模型为所述复合点阵微结构几何参数和材料体积分数的显式函数；
步骤2、将待设计结构划分为多个宏观单元，假设每个所述宏观单元由一种复合点阵微结构填充，对每个宏观单元赋予初始相对密度值；基于“设计变量场-过滤场-物理密度场”的变密度拓扑参数模型，建立冷却剂属性与所述复合点阵微结构等效属性的连续插值格式；基于每个宏观单元的所述物理密度值，根据所述步骤1中构建的所述显式代理模型映射获得每个所述复合点阵微结构的所述等效属性，并建立热对流扩散方程与线性平衡方程，求解所述宏观单元的温度场与位移场；
步骤3、建立多尺度拓扑优化模型；所述多尺度拓扑优化模型以最小化指定区域平均温度为目标函数，所述多尺度拓扑优化模型的约束函数包括金属体积约束函数，流体体积约束函数，结构最大位移约束函数和相界面约束函数；所述多尺度拓扑优化模型具有微观设计变量和宏观设计变量；所述微观设计变量包括所述几何参数设计变量和所述材料体积分数设计变量；所述宏观设计变量包括宏观拓扑变量；
步骤4、基于所述步骤2中求解得到的所述宏观结构的所述温度场和所述宏观结构的所述位移场，计算所述多尺度拓扑优化模型的所述目标函数，所述金属体积约束函数，所述流体体积约束函数，所述结构最大位移约束函数和所述相界面约束函数；根据拓扑优化中的链式计算规则，进行灵敏度分析；采用移动渐近线算法迭代更新所述宏观设计变量和所述微观设计变量；
步骤5、重复步骤2-4，直至以下条件同时满足时结束：所述金属体积约束函数的值小于等于0，所述流体体积约束函数的值小于等于0，所述最大位移约束函数的值小于等于0，所述相界面约束函数的值小于等于0，相邻两个优化迭代步的目标函数差小于0.005。
2.如权利要求1所述的用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，所述等效属性包括所述复合点阵微结构的等效弹性矩阵、所述复合点阵微结构的等效热传导矩阵以及所述复合点阵微结构的等效热膨胀向量。
3.如权利要求2所述的用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用数值均匀化方法预测所述复合点阵微结构的等效属性。
4.如权利要求3所述的用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用曲面拟合方法构建所述复合点阵微结构所述等效属性的显式代理模型。
5.如权利要求4所述的用于轻质防隔热承载结构的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤1中预测所述复合点阵微结构的所述...
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