增材制造非均匀点阵结构热弹性耦合多目标拓扑优化

来源：计算力学学报杂志2025年第4期北京时间：

作者：丛煜昊,易斯男,赵政

单位：大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,北京机电工程研究所, 北京 100074,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024

摘要：面向航天结构轻量化、高承载和高导热设计需求,以具有高刚度质量比等特点的Octet晶格构成的空间非均匀点阵结构为研究对象,基于密度法建立热弹性耦合多目标拓扑优化设计模型,获得承载与传热功能一体化结构设计。首先,基于均匀化方法建立Octet晶格等效性能预测模型。进而考虑结构热弹性应力载荷,以结构刚度与传热性能为优化目标,研究了非均匀点阵结构多目标优化设计问题。其中,基于目标函数对单胞和宏观结构两个层次设计变量的灵敏度分析,同时对单胞设计参数和单胞在宏观结构中的空间分布进行优化。最后,针对非均匀点阵结构局部几何突变问题,提出了相邻点阵单胞共有杆件保体积的等直径变换和共有节点处节点球光滑化的非均匀点阵结构几何后处理方法。数值算例验证了优化设计方法的有效性和优化结果的增材制造可行性。

关键词：非均匀点阵结构,等效热传导性能预测,热弹性耦合,几何建模,节点球光滑化,

基金资助：国家自然科学基金重点项目(12332007)资助.