考虑线性插值模型的热力耦合结构多材料拓扑优化OA
针对传统单材料拓扑优化设计难以实现热力耦合结构多材料自由选配以获得目标性能最优的问题,提出一种基于线性插值模型的热力耦合结构多材料浮动投影拓扑优化高效求解方法。首先,结合线性材料插值模型和热应力系数,解决热弹性载荷设计依赖和低密度区域材料寄生问题;其次,构建热力耦合多材料拓扑优化模型,取代常规的多重体积约束,在单质量约束条件下优化热力耦合结构柔度目标性能;最后,不同于常规采用密度插值模型结合惩罚因子来获得清晰拓扑构型的惩罚类方式,采用隐式浮动投影函数驱动的非惩罚类拓扑成形机制,逐渐驱动设计变量更新趋于0/1清晰拓扑分布。研究结果表明:所提方法避免了多材料惩罚因子等复杂优化参数选取,获得了结构更紧凑、热力传递更合理的光滑拓扑构型;相比常规多重体积约束设计与等质量单材料设计,本文方法实现了单质量约束下结构多材料拓扑相自适应去留,在200℃的矩形结构算例中,可实现优化柔度目标性能分别降低34.214%和30.656%。
曹辰飞;胡捷;姚松;陈兴;李家春;孙峪鹏;曹文康
贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550025中南大学交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075中南大学交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025中南大学交通运输工程学院,轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075 南丹麦大学机械与电子工程学院,丹麦欧登塞5230贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025
数理科学
拓扑优化线性多材料插值模型热力耦合浮动投影单质量约束
《中南大学学报(自然科学版)》 2026 (1)
P.388-401,14
国家自然科学基金资助项目(52305249,12562014,52305099)贵州省自然科学基础研究项目(黔科合[2024]084)贵州省科技支撑计划项目(黔科合[2024]185)。
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