一种多材料结构动刚度拓扑优化方法技术

本发明专利技术属于结构优化设计领域，并具体公开了一种多材料结构动刚度拓扑优化方法。该方法利用多边形有限单元的高精度求解优势，融合多分辨率拓扑优化方法，实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计，由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法，包括：将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元，构造设计变量与密度变量的重叠网格，形成多分辨率

【技术实现步骤摘要】
一种多材料结构动刚度拓扑优化方法


[0001]本专利技术涉及一种工程结构优化设计领域的设计方法，更具体的是，本专利技术涉及一种多材料结构动刚度拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]多相材料拓扑优化是在给定的边界条件以及目标和约束条件下，将具有不同力学特性的多种材料合理地配置在一起，以获得最优的结构性能。与传统单一材料的拓扑优化相比，多相材料的拓扑优化极大地扩大了设计空间，能够提供综合性能更优的最优解。随着多材料增材制造技术的发展，依据最优拓扑的计算模型，使通过逐点和逐层方式打印多材料设计结构成为可能。由此，多材料的拓扑优化问题引起了研究机构的广泛关注。
[0003]目前，多体积约束下的多材料布局优化已可拓展至热力耦合、频域动力学和空间桁架结构的最优布局问题。在基于边界方法的框架内，水平集法和移动构件法(MMC)因其能使边界光滑清晰、便于提取设计构型等独特优势，也收到了一定的关注与研究。但是，现有的基于边界的方法未能充分考虑新孔洞的创建，优化结果过度依赖于初始设计，难于获得优化问题的全局最优解。
[0004]拓扑优化框架要求在消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多材料结构动刚度拓扑优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元，构造设计变量与密度变量的重叠网格，形成多分辨率
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多边形单元的优化建模策略；(2)以平均动柔度最小化为目标和多材料的体积占比为约束，建立多材料结构的动力学拓扑优化模型；(3)通过HHT
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α方法求解结构动响应，采用伴随变量法推导目标函数和约束的灵敏度表达式；(4)利用基于敏度分离技术的ZPR方法构建多区域体积约束问题的优化迭代格式。2.如权利要求1所述的多材料结构动刚度拓扑优化方法，其特征在于，在步骤(1)中将多边形单元劈分为精细的小单元形成设计变量与密度函数网格，并使两者具有相同的位置坐标，继而构建多分辨率
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多边形单元的优化建模策略，能够实现粗糙位移网格条件下的高分辨率的拓扑优化构型设计；同时，将形函数及其梯度的积分点设置在密度变量所在位置，来计算多材料问题的单元刚度矩阵和质量矩阵，表达式为：元刚度矩阵和质量矩阵，表达式为：式中，N
n
为多边形位移单元积分点的个数,y
l,ij
为密度变量在积分点处的估计值,B
l
为应变矩阵,D0为线弹性材料本构矩阵,A
l,i
为设计变量网格或密度变量网格的面积,ρ0为材料密度,和为m种材料的刚度与体积差值函数。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：江旭东，马佳琪，熊志，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：