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题名热机械载荷下多孔结构的填充拓扑优化
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作者
兰鹏伟
张业伟
梁缘
刘宏亮
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机构
沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室
大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第7期1660-1670,共11页
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基金
国家自然科学基金(12002218,U23A2066)
辽宁省高校基本科研业务费专项资金(LJ212410143080)
工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室开放课题(GZ22108)资助项目.
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文摘
提出了一种基于混合变量的填充拓扑优化方法,用于热机械载荷下多孔结构轻量化设计.传统优化方法在热弹性结构拓扑优化中常面临设计相关载荷的挑战,灵敏度分析复杂,计算成本高,而且优化结果存在灰度区域,导致结构边界模糊不便于加工制造.为此,本文提出一种结合连续变量与离散变量的填充拓扑优化方法,应用于求解热机械载荷作用下的多孔结构拓扑设计问题,通过引入局部体积约束替代全局体积约束,有效调控材料分布的局部密度,避免优化后生成的多孔结构过于均匀.设计优化首先在粗网格上进行连续变量拓扑优化,然后在细化网格上生成离散变量填充设计.本文的局部体积约束不仅有助于子结构的形成,引导优化过程实现均匀的材料分布,而且连续变量与离散变量方法之间的联系为连续变量拓扑优化中的设计变量赋予了物理意义,防止了设计结果因过于均匀而导致目标函数值显著增加.此外,发展了一种改进的灵敏度过滤策略,获得了目标函数值更优的拓扑设计.利用双固支梁的数值算例展示了方法的有效性,并研究了过滤半径和温度差对优化结果的影响.结果表明,本文方法能够将粗网格下的连续变量优化结果转化为细网格下的离散变量多孔结构设计,其几何特征清晰,显著提升了设计的可制造性,同时优化后的结构表现出优异的热变形抵抗能力和力学性能.
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关键词
拓扑优化
填充优化
多孔结构
热机械载荷
离散变量
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Keywords
topology optimization
infill optimization
porous structures
thermo-mechanical loading
discrete variables
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分类号
O342
[理学—固体力学]
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