一种基于附加重力场的铸件拓扑优化方法

来源：计算力学学报杂志2021年第4期北京时间：

作者：马晶,亢战

单位：大连理工大学 工程装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024

摘要：针对铸件结构拓扑优化问题，提出了一种新的铸造脱模约束形式。首先，在变密度拓扑优化的框架下，提出了相对密度描述的优化解的逆结构概念；之后，对该逆结构施加附加重力载荷并固定脱模方向的边界；最后，利用该问题的位移解构造铸造约束。通过对逆结构的最大柔顺性施加单一约束，即可避免优化结构出现不可铸造的特征（包括内部孔洞和侧凹），从而保证了铸件结构拓扑优化解的可制造性。二维和三维数值算例验证了该方法的有效性。研究表明，这种积分函数表达的铸件脱模约束本质上为单一约束，具有优化问题求解方便的优点。

关键词：拓扑优化,可制造性,铸造约束,内部孔洞,侧凹,

基金资助：国家自然科学基金（11872140）资助项目.