多区域变参数功能梯度结构拓扑优化方法

来源：计算机集成制造系统杂志2024年第6期北京时间：

作者：李智忠, 刘龙, 王天赐, 彭翔, 王柏村, 易兵

单位：1.中南大学交通运输工程学院2.浙江工业大学机械工程学院3.浙江大学机械工程学院4.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室

摘要：为了在构件中构造形态多变和性能各异的功能梯度结构,提出一种多区域变参数的功能梯度结构拓扑优化方法,在保证构建结构单元连续性的同时,构建了多区域变参数的功能梯度结构。将设计域划分为多个区域,采用Helmholtz PDE方程对每个区域的密度变量进行过滤处理,然后施加不同的局部体积约束;将局部约束整合到传统变密度拓扑优化方法中,达到了不同区域生成不同功能梯度微结构的效果,同时区域之间的结构保持了良好的连续性。最后,通过悬臂梁和简支梁多区域功能梯度结构拓扑优化设计和制造,验证了所提方法的有效性。

关键词：拓扑优化,功能梯度结构,多区域,变参数

基金资助：国家自然科学基金资助项目(51975589);流体传动与机电系统国家重点实验室开放资助项目(GZKF-202011);湖南省科技计划资助项目（2020GK2096）;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(1053320212842)。