基于变密度法的周期性拓扑优化

摘要：

板条状结构的设计域具有较大的长宽比,常规的拓扑优化方法无法获得清晰的、周期性的拓扑形式或求解困难.以结构的最小柔度为目标函数,单元相对密度为设计变量,构建周期性拓扑优化问题的数学模型.提出一种基于变密度理论固体各向同性微结构材料惩罚模型法(Solid isotropic microstructures with penalization,SIMP)的周期性拓扑优化的方法.在数学模型中设置额外的约束条件,保证优化结构可以得到周期性的拓扑形式.通过优化准则法推导出虚拟子域设计变量的迭代公式,利用体积约束计算出拉格朗日乘子.引入过滤函数解决拓扑优化容易出现数值计算不稳定,导致棋盘格、网格依赖性等问题.利用所提出的方法,通过平面矩形悬臂梁结构算例,获得平面矩形悬臂梁结构的周期性拓扑形式.结果表明,在优化过程中,出现周期性的孔洞.随着迭代次数的增加,孔洞数目没有增加,说明该方法具有较强的稳健性.子域数目取值不同时,均可以得到具有周期性的拓扑形式,且具有良好的一致性.

关键词：周期性、拓扑优化、变密度法、固体各向同性微结构材料惩罚模型

所属期刊栏目：49

分类号：TH11

资助基金：国家自然科学基金51275060;"十二五"国家科技支撑计划2011BAF11B02

在线出版日期：2013-09-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：132-138