[发明专利]一种外壳-填充结构的拓扑优化方法

摘要

本发明属于结构优化设计相关领域，并具体公开了一种外壳‑填充结构的拓扑优化方法。该方法以结构柔度作为拓扑优化的目标函数，设定外壳厚度，并初始化宏观水平集函数和介观水平集函数；将介观子结构缩减为超单元并在宏观尺度组装成填充结构，通过计算宏观、介观敏度并更新设计变量后获得下一次迭代的宏观水平集函数和介观水平集函数并计算下一次迭代的结构柔度，判断是否满足收敛条件，若是，则输出最优外壳‑填充结构，若否则重复上述步骤。本发明采用超单元技术建立了宏观结构和介观结构的联系，通过宏观尺度的优化可以得到最优的填充分布，并自动得到厚度均匀的外壳，同时通过介观尺度的优化可以得到最优的填充多孔结构的拓扑构型。

主权项

1.一种外壳‑填充结构的拓扑优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1以结构柔度作为拓扑优化的目标函数，设定外壳厚度，并初始化宏观水平集函数和介观水平集函数；S2根据当前迭代的介观水平集函数，将介观子结构缩减为超单元；S3将步骤S2获得的超单元在宏观尺度组装成一个填充结构，然后对宏观水平集函数大于0的宏观结构进行有限元分析，获得当前迭代的宏观位移场；S4根据步骤S3获得的当前迭代的宏观位移场，计算宏观结构柔度的灵敏度信息和宏观结构约束条件的灵敏度信息，从而更新宏观结构设计变量并获得下一次迭代的宏观水平集函数，进而优化所述填充结构的分布并获得厚度均匀的外壳；S5根据宏观结构超单元边界节点位移，反算超单元内部节点位移，并计算介观结构柔度的灵敏度信息、介观结构约束条件的灵敏度信息，从而更新介观填充结构设计变量并获得下一次迭代的介观水平集函数，进而优化所述填充结构的拓扑构型；S6根据下一次迭代的宏观水平集函数和介观水平集函数计算下一次迭代的结构柔度，并判断下一次迭代的结构柔度是否满足收敛条件，若是，则输出最优外壳‑填充结构，若否，则根据下一次迭代的宏观水平集函数和介观水平集函数重复步骤S2～S6。