[发明专利]一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法

说明书

本发明公开了一种基于多变量设计的点阵‑实体复合结构拓扑优化方法，解决了现有技术中存在无法实现多变量设计的点阵‑实体复合结构优化的问题，具有扩展了点阵材料填充结构的设计空间的有益效果，具体方案如下：一种基于多变量设计的点阵‑实体复合结构拓扑优化方法，包括建立包含多种设计变量的点阵材料结构构型；获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性；设置多设计变量对于点阵‑实体材料的设计定义域，建立点阵‑实体多材料插值模型；构建多变量点阵‑实体复合结构拓扑优化数学模型；计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息；根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性。

技术领域

本发明涉及结构优化领域，尤其是一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，增材制造技术的高速发展实现了对具有复杂几何形貌结构件的加工制造，越来越多的创新性设计从概念转化为实际产品，尤其是点阵材料填充设计。点阵材料是一种含有多孔微结构的高性能轻量化材料，具有散热、减震、隔声等多功能属性，在日用商品，建筑装饰，汽车工业和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

结构拓扑优化基于给定的边界条件及约束，寻找结构设计域内材料的最优分布，以使结构目标性能最优。利用拓扑优化方法设计高性能非均匀点阵填充结构已成为结构优化设计领域内的热点。相较于完全点阵填充设计，点阵-实体复合结构可实现更优的力学性能。近年来，基于拓扑优化方法的点阵-实体复合结构设计得到一些进展。但发明人发现，现有的方法无法实现多变量设计的点阵-实体复合结构优化，无法在约束点阵材料相对密度变化范围的情况下，实现多变量设计点阵-实体材料协同优化。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，实现多变量设计的点阵-实体复合结构优化，在约束点阵材料相对密度变化范围的情况下，实现了点阵-实体材料协同优化。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，包括如下内容：

建立包含多种设计变量的点阵材料结构构型；

计算若干样本点数据，即获得不同设计变量对应的点阵材料的宏观等效物理属性；

基于若干样本点数据，建立映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型；

设置多设计变量对于点阵-实体材料的设计定义域，包括点阵材料定义域和实体材料定义域，并根据映射点阵材料中设计变量与点阵材料物理属性之间数学关系的插值模型，建立点阵-实体多材料插值模型；

构建多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型；

基于点阵-实体多材料插值模型和多变量点阵-实体复合结构拓扑优化数学模型，计算当前设计变量对应的目标函数数值和当前设计变量对于目标函数和约束函数的灵敏度信息，并更新设计变量；

根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化。

如上所述的拓扑优化方法，基于多变量设计，能够有效提高点阵-实体复合结构的力学性能，根据点阵材料定义域和实体材料定义域来建立点阵-实体多材料插值模型，实现多变量设计的点阵-实体复合结构的协同优化。

如上所述的一种基于多变量设计的点阵-实体复合结构拓扑优化方法，所述根据更新后的设计变量判断优化迭代的收敛性，如果迭代收敛，则完成优化，否则进入下一步骤；