基于能量均匀化的高剪切强度周期性点阵结构拓扑优化
来源：机械工程学报杂志2017年第18期北京时间：
作者：杜义贤, 李涵钊, 田启华, 尹艺峰, 罗震
单位：1. 三峡大学机械与动力学院 宜昌 443002;2. 三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室 宜昌 443002;3. 悉尼科技大学电机、机械和机械电子系统工程学院 悉尼 NSW2007 澳大利亚
摘要：传统多孔结构构型型式单一、缺乏科学设计方法的指导，为了从拓扑构型角度设计抗剪切性能更优的周期性点阵结构，基于拓扑优化技术，以周期性单胞为研究对象，以其切变模量最大为目标，以结构的材料用量和力学控制方程为约束条件，利用能量均匀化方法建立基于宏观力学性能的细观点阵结构的优化模型，通过改进的优化算法求解模型，得到了一种宏观上的拓扑边界清晰的周期性点阵结构。然后根据优化结果，在考虑胞元非等壁厚和横向剪切变形影响条件下进行等效材料力学性能分析，得到剪切性能关于微结构胞元几何参数的表征，同时加工制造了优化得到的周期性点阵结构，并进行了剪切力学性能测试。从理论分析和性能试验两个方面与六边形蜂窝结构相应的切变模量进行对比，结果表明，经优化得到的周期性点阵结构切变模量有大幅提升、抗剪切性能更优越。验证了所提出方法能有效地应用于周期性点阵结构抗剪切性能的优化设计。
关键词：点阵结构,高剪切强度,能量均匀化方法,拓扑优化；
基金资助：国家自然科学基金（51105229，51475265）、湖北省杰出青年基金（2013CFA022）、湖北省科技支撑计划对外科技合作（2015BHE026）和湖北省教育厅科学研究计划（D20161205）资助项目。
