申请/专利权人：武汉科技大学

申请日：2023-12-14

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117854639A

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F30/23;G06F119/14;G06F111/04

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.04.09#公开

摘要：本发明涉及一种几何‑材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法，采用变厚度拓扑优化方法实现夹层结构面板的厚度优化与材料优选，采用参数化水平集拓扑优化方法实现多材料夹芯微结构优化设计，优化后的多材料夹芯微结构具有光滑的结构边界，且各材料相之间的界面清晰；采用交替活动相算法减少了上、下面板优化和夹芯微结构优化的设计变量和约束条件，有效提高了计算效率。本发明实现了几何‑材料非对称夹层结构上下面板厚度与材料以及多材料夹芯微结构的联合优化，不仅可以获得面板的最优厚度和面板材料的最优选择，还可以获得多材料夹芯微结构的最优拓扑构型，充分地发挥了材料潜能，能有效提升夹层结构的力学性能、减轻结构重量。

主权项：1.一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、待优化的夹层结构包含实心的面板和多孔夹芯微结构周期性重复排列而成的芯层，先将待优化的夹层结构离散成若干厚度相等的切片层，设定各切片层中每种材料的相对密度的初始值，的取值在0,1之间，m为夹层的序号，n为材料类型的序号，n＝1,2,…,N,m＝1,2,…,M,N是夹层结构优化所用材料类型总数，M是夹层结构被离散后的切片层总数；步骤2、根据变厚度法优化模型得到所述夹层结构各切片层中每种材料相对密度，各切片层的相对密度计算结果有两种情况：1、某种材料相对密度为1，其他材料的相对密度均为0；2、所有材料的相对密度均大于等于0且小于1；将第1种情况的切片层作为实心面层，且直接选用相对密度为1的材料作为对应实心面层的材料，将第2种情况的切片层作为芯层，得到实心面层和芯层的排列方式，将所有芯层中每种材料的相对密度加和求平均值得到每种材料的相对密度值n为材料类型的序号；步骤3、取所述芯层为待优化对象，根据芯层的厚度尺寸将所述芯层离散成若干个周期性微结构夹芯单胞，将芯层中每种材料的相对密度值作为周期性微结构夹芯单胞拓扑构型优化的体积率约束，采用基于径向基函数插值的参数化水平集拓扑优化方法对所述微结构夹芯单胞进行拓扑优化，得到微结构夹芯单胞设计域内每种材料的最优分布，所述微结构夹芯单胞设计域内每种材料最优分布的组合即为微结构夹芯单胞的最优拓扑构型；步骤4、将上一步的得到的微结构夹芯单胞最优拓扑构型在夹层结构的中间芯层内进行周期性重复排列，以获得优化后的中间芯层完整结构，按照步骤1得到的实心面层和芯层的排列方式进行排列，按照预设要求确定实心面层材料，即可得到优化后的完整夹层结构。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 武汉科技大学 一种几何-材料非对称的夹层结构多尺度拓扑优化设计方法

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