一种基于拓扑骨架分布的子结构划分方法

来源：计算力学学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：马秉新,杜文风,王超,高博青,董石麟

单位：河南大学 建筑工程学院, 开封 475004,河南大学 建筑工程学院, 开封 475004,河南大学 建筑工程学院, 开封 475004,浙江大学 建筑工程学院, 杭州 310058,浙江大学 建筑工程学院, 杭州 310058

摘要：基于传统子结构划分的拓扑优化方法有利于解决工程结构拓扑结果材料富集、布局不合理的问题,但其子结构划分过于依赖设计者的经验和尝试,耗时费力效率低。为此,本文提出一种基于拓扑骨架分布的子结构划分方法,可以快速获得布局合理的子结构划分。该方法首先通过拓扑优化计算得到设计区域的骨架分布,然后将骨架分布映射至原始工程结构指导子结构的划分,将可设计区域划分为骨架子结构与其他次要子结构,最后使骨架子结构与其他次要子结构在不同体积比约束下达到整体刚度最大。应用于十字板式节点,得到了三种兼具性能佳与结构美的新构型,分别降低了34.81%~36.68%的结构自重、5.61%~8.52%的结构最大位移、26.95%~33.69%的结构最大等效应力,提升了十字板式节点的优化水平。本方法不仅可以直接快速进行合理子结构的划分,提升拓扑优化效率,而且可以得到更加优化的拓扑结果,提升拓扑优化质量。

关键词：子结构,拓扑优化,悬臂板,十字板式节点,

基金资助：国家自然科学基金(52478166;12402140);河南省高校科技创新团队支持计划(22IRTSTHN019);河南省自然科学基金重点项目(232300421133);浙江省空间结构重点实验室开放课题(202106)资助项目.