形状记忆合金结构的拓扑优化设计方法

来源：上海理工大学学报杂志2025年第3期北京时间：

作者：陈世瞳，丁晓红，熊敏

单位：上海理工大学 机械工程学院，上海 200093,上海理工大学 机械工程学院，上海 200093,上海理工大学 机械工程学院，上海 200093

摘要：针对形状记忆合金的超弹性特性，结合余弦型本构模型和固体各向同性材料惩罚模型，建立材料插值函数，并利用变密度拓扑优化方法，实现了考虑形状记忆合金材料非线性的结构拓扑优化设计。将提出的方法应用于二维和三维结构设计，并利用静力学分析和马氏体相变演化分析方法，对优化设计结构进行研究。结果表明：相比传统优化设计方法，本文提出的优化方法所得结构具有较好的力学性能，受静力载荷时，结构内部最大应力相比传统优化结构下降19.57%，最大位移下降31.03%；在马氏体相变演化分析中，加载结束时的最大马氏体体积分数下降了20.27%。本文所提出的优化设计方法获得的结构内部整体应力分布较为平均，不易发生局部的应力集中，且马氏体相变导致的变形较小。

关键词：形状记忆合金;拓扑优化;结构设计;材料非线性;马氏体相变演化

基金资助：上海市科委自然科学基金资助项目(22ZR1442800)