一种多构型点阵结构的拓扑优化方法技术

本发明专利技术公开了一种多构型点阵结构的拓扑优化方法，属于拓扑结构优化技术领域，所述方法包括：基于水平集函数描述多种构型点阵的单胞，并在相同等效密度区间中获取各个所述构型基础点阵单胞对应的一系列点阵单胞，并计算其等效弹性张量；建立多构型点阵结构每个有限单元对应的弹性张量关于单元相对密度的插值函数，利用所述插值函数构建多构型点阵结构的拓扑优化模型；采用交替活动相算法将所述拓扑优化问题分解为多个子问题并对其求解，从而对点阵结构的宏观布局进行优化，得到目标多构型点阵结构。本发明专利技术实现了多种拓扑构型不同的点阵单胞在宏观设计域中的非均匀分布，充分发挥了材料潜力，提升了点阵结构的力学性能。提升了点阵结构的力学性能。提升了点阵结构的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多构型点阵结构的拓扑优化方法


[0001]本专利技术属于拓扑结构优化
，更具体地，涉及一种多构型点阵 结构的拓扑优化方法。

技术介绍

[0002]点阵结构具有高的比刚度/强度、减振吸能、隔热防热、抗冲击能力强 等特性。此外，点阵结构的微结构以杆件为主，可设计性强，承载性能优 越，因此广泛应用于航空航天、生物医学、自动化建筑工程等领域。在点 阵结构设计中考虑多种不同构型的点阵单胞，可以更大程度地发挥点阵结 构的设计潜能，使得点阵结构在给定的载荷条件下实现更好的力学性能。
[0003]针对多构型点阵结构的拓扑优化，本领域相关技术人员已做了一些研 究，如文献：“C Wang,J H Zhu,W H Zhang,et al.Concurrent topologyoptimization design of structures and non
‑
uniform parameterized latticemicrostructures.Structural and Multidisciplinary Optimizat本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多构型点阵结构的拓扑优化方法，其特征在于，包括：S1：基于水平集函数描述多种构型点阵的单胞，并在相同等效密度区间中获取各个所述构型基础点阵单胞对应的一系列点阵单胞，并计算其等效弹性张量；S2：建立多构型点阵结构中每个有限单元对应的弹性张量关于单元相对密度的插值函数，利用所述插值函数构建多构型点阵结构的拓扑优化模型；S3：采用交替活动相算法将所述拓扑优化问题分解为多个子问题并对其求解，从而对点阵结构的宏观布局进行优化，得到目标多构型点阵结构。2.如权利要求1所述的多构型点阵结构的拓扑优化方法，其特征在于，所述S1包括：S11：利用一根桁架的水平集函数描述各种构型点阵的单胞；φ
3D
(x)＝max(φ
3D,c
(x,y,z),φ
3D,s1
(x,y,z),φ
3D,s2
(x,y,z))；D表示一个固定的欧拉参考空间，x表示在空间D内点的坐标，表示所述一根桁架的结构边界，Ω是所述一根桁架所占据的空间，φ
3D,c
(x,y,z)、φ
3D,s1
(x,y,z)和φ
3D,s2
(x,y,z)分布表示所述一根桁架所包含的圆柱体、第一球体和第二球体的水平集函数；所述第一球体的球心和所述第二球体的球心分别与所述圆柱体的两个底面的圆心相互重合；S12：针对每一种构型的点阵单胞，利用形状插值技术获得相同等效密度区间中的其他点阵单胞；S13：计算所有所述点阵单胞的等效弹性张量。3.如权利要求2所述的多构型点阵结构的拓扑优化方法，其特征在于，所述S12包括：针对每一种构型的基础点阵单胞，利用公式计算相同等效密度区间中其他的点阵单胞的水平集函数；φ
pro
是每种构型点阵单胞的初始水平集函数，对应等效密度为0.01的点阵单胞；是插值系数矩阵，4.如权利要求2所述的多构型点阵结构的拓扑优化方法，其特征在于，所述S13包括：利用公式计算各个点阵单胞的等效弹性张量；其中，表示等效弹性张量矩阵中的分量，Y表示点阵单胞的体积，i,j,k,l是索引向量；代表的是对应于单元测试应变场的单元位移解，k
e
为单元刚度矩阵；D
H
表示点阵单胞的等效弹性张量矩阵，三维情况下的D
H
的表现形式为：5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖蜜，胡詹迪，高亮，刘喜亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：