【技术实现步骤摘要】
用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法
[0001]本专利技术属于多材料结构拓扑优化
，特别涉及一种用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法。
技术介绍
[0002]多材料结构相比单一材料结构具有更高的整体和局部性能。但是目前，多材料结构的设计十分依靠设计人员的工程经验。然而面对复杂结构的设计开发，仅依靠工程师的设计经验无法充分发挥多材料结构的全部性能。为充分地释放多材料结构的潜在性能，可使用多材料拓扑优化设计多材料结构。多材料拓扑优化技术兼备了拓扑优化设计材料利用率高和多材料结构综合性能强的优点，扩展了普通单材料拓扑优化的设计空间，能够获得综合性能更高的结构。近些年，随着载具制造行业对结构轻量化需求的增加和更多高性能材料的出现，多材料结构应用呈扩大趋势，发展可实现结构轻量化、功能复合化、性能最大化的多材料拓扑优化技术已成为拓扑优化领域内重要的研究方向之一。
[0003]然而，目前的多材料拓扑优化结果往往结构复杂且可制造性较差，只能作为概念设计为设计人员提供参考，难以直接采用常规制造工艺加工获...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、建立连续体结构的有限元模型，初始化多材料拓扑优化的相关参数；S2、基于交替激活相算法框架将连续体结构多材料拓扑优化问题解耦为一系列二相材料拓扑优化子问题，并在二相材料拓扑优化子程序中进行求解；S3、当所有相材料的设计变量完成一次更新后，判断是否执行动态更新过滤半径过程，其判断条件为：其中，Δρ表示当前迭代和前一次迭代中所有相材料的设计变量之差的无穷范数，若当前为第k次迭代，则X
k
表示当前迭代中所有相材料的设计变量，X
k
‑1表示上一次迭代中所有相材料的设计变量；ΔC表示当前迭代和上一次迭代目标函数之差，若当前为第k次迭代，则C
k
表示当前迭代的目标函数值，C
k
‑1表示上一次迭代的目标函数值；ρ
r
和C
r
分别表示控制过滤半径更新的设计变量阈值和目标函数阈值；r表示当前过滤半径；R
min
表示最终过滤半径；若动态更新过滤半径执行条件满足，则进行如下计算更新当前过滤半径r和设计变量阈值ρ
r
：并根据如下公式对各单元过滤半径范围内其它单元灵敏度的权重系数重新计算：其中，w
e
表示权重系数；Δ(e,i)表示单元i和单元e的质心之间的距离；若动态更新过滤半径执行的条件不满足时，则进行步骤S4；S4、判断是否终止多材料拓扑优化，若当前外部迭代和前一次外部迭代各单元设计变量变化的绝对值中的最大值大于预设值时，且累计外部迭代次数未超过设定的最大迭代次数时，则返回步骤S2进行进一步的迭代优化；若前后两次外部迭代间各单元设计变量变化的绝对值中的最大值小于预设值时，或者累计外部迭代次数超过设定的最大迭代次数时，终止多材料拓扑优化的迭代过程并输出优化结果。2.根据权利要求1所述的用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法，其特征在于，步骤S1中初始化连续结构体多材料的相关参数，具体包括以下步骤：S11、定义各相材料的材料属性；S12、对各相材料的设计域进行网格划分；S13、对各相材料的网格模型施加约束和载荷；S14、对各相材料进行过滤预处理，即计算各单元过滤半径范围内其它单元的灵敏度的权重系数；S15、依据所施加的制造约束类型定义各相材料的单元映射关系；
S16、初始化各相材料的设计变量。3.根据权利要求1所述的用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S2中输入至二相材料拓扑优化子程序中各相材料设计变量的顺序须遵循材料性能对目标函数影响程度从大到小的原则，即对于n相材料最大结构刚度的拓扑优化问题，若n相材料的弹性模量分别为E1、E2、
…
、E
n
，且满足E1>E2>
…
>E
n
的关系，则首先选择材料弹性模量为E1和E2的两相材料设计变量输入到二相材料拓扑优化子程序中进行求解，并依次顺序将其余各相材料设计变量输入到二相材料拓扑优化子程序中进行求解。4.根据权利要求3所述的用于载具轻量化设计的连续体多材料结构拓扑优化方法，其特征在于，所述...
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