基于渐进演化策略的增材制造自支撑结构拓扑优化算法

来源：计算力学学报杂志2021年第6期北京时间：

作者：邹君,姚卫星,张悦超,冯振宇

单位：中国民航大学 适航学院, 天津 300300,南京航空航天大学 航空学院, 南京 210016,中国民航大学 适航学院, 天津 300300,中国民航大学 适航学院, 天津 300300

摘要：拓扑优化和增材制造分别是先进的结构设计技术和制造技术，将拓扑优化与增材制造融合能产生显著的协同效益。增材制造存在一些独特的制造约束，研究考虑结构自支撑约束的拓扑优化算法，可以降低材料和时间成本。基于SIMP方法框架，建立显式约束函数模型表征结构的自支撑特性，并发展了相应的拓扑优化流程，通过结构渐进演化实现自支撑。研究了相应的灵敏度分析方法，可实现并行计算。提出一个指向性灵敏度过滤算子促进支撑结构演化。采用3个数值算例进行分析，验证了指向性灵敏度过滤的有效性，所有拓扑优化结果均实现了结构自支撑。与典型方法相比，优化结果的可制造性更好。

关键词：拓扑优化,增材制造,结构自支撑约束,灵敏度分析,渐进演化,

基金资助：国家重点研发计划（2018YFB1106303）；中央高校基本科研业务费中国民航大学专项资助项目.