面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向外壳‑多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，包括：针对设计结构的特征，运用有限元对设计域进行离散；引入两组设计变量分别优化外壳结构和内部多孔填充结构；针对静强度设计问题，采用修改后的带罚因子的固体各向同性材料插值模型描述材料的弹性模量和密度，对于动强度设计问题，采用修改后的多项式插值模型描述材料的弹性模量；构建稳健性强度约束拓扑优化模型，求解目标函数对设计变量的灵敏度；采用移动渐进算法进行优化设计。本发明专利技术能够简化对多孔结构材料属性的设计，利于降低数值实施难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多尺度结构拓扑优化设计，具体涉及一种面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法。

技术介绍

1、机械结构设计包括单尺度结构设计和多尺度结构设计，对于单尺度结构设计而言，只实现宏观结构的构建；而多尺度结构设计包括宏观结构和微观结构的一体化设计，对微观结构的优化设计使得多尺度结构具有更大的设计自由度。许多学者认为多尺度结构有望成为新一代卓越性能的轻量化结构，比如由致密的外壳与多孔的内部填充构成的外壳-多孔填充结构，是一种具备良好抗损伤性及稳定性的轻量化结构，如何实现外壳-多孔填充多尺度结构已成为现今研究热点。

2、现阶段的外壳-多孔填充结构设计方法存在以下缺陷：

3、(1)对于外壳-多孔填充结构而言，内部填充的多孔结构是一个主要构成部分，而现有的多孔结构设计方法往往基于“尺度分离”的思想，分别设计宏观、微观结构。该类方法假设宏观结构内均匀分布有限种类微观结构，设计模型简单，计算成本低，但是该类方法极大缩减了微观结构设计域，不利于实现更优性能的结构设计。

4、(2)现阶段还存在一种设计方法主要以刚度性能为目本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，在步骤二中，所述经过一系列的数值操作，包括：对所述两组设计变量进行至少一次的过滤、投影、密度空间梯度求解。

4.根据权利要求3所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，步骤二中，所述引入两组设计变量包括第一设计变量μ和第二设计变量ν，第一设计变量μ，经过至少一次的过滤、求...

【技术特征摘要】

1.一种面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，在步骤二中，所述经过一系列的数值操作，包括：对所述两组设计变量进行至少一次的过滤、投影、密度空间梯度求解。

4.根据权利要求3所述的面向外壳-多孔填充结构的强度约束拓扑优化设计方法，其特征在于，步骤二中，所述引入两组设计变量包括第一设计变量μ和第二设计变量ν，第一设计变量μ，经过至少一次的过滤、求解梯度范数和投影，得到两组中间变量和τ，第二设计变量ν经过过滤、投影，得到一组中间变量ψ，其中，过滤操作用来避免...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍毅，王超，李鹏飞，左文强，李奇奇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：