具有增强计算效率和收敛性的多分辨率非线性拓扑优化

摘要：

高昂的计算成本和算法收敛困难是非线性拓扑优化的两大核心难题.为此,基于多分辨率设计策略和附加超弹性技术,提出了一种考虑几何非线性和材料非线性的多分辨率非线性拓扑优化方法.在固体各向同性材料惩罚方法框架中建立多分辨率非线性拓扑优化策略,并采用Neo-Hookean超弹性材料本构模型表征材料非线性.利用粗糙的分析网格用于有限元计算,而精细的材料网格用于描述材料构型.为了解决算法非线性收敛问题和降低灵敏度计算复杂度,联合ANSYS软件与附加超弹性技术进行非线性有限元计算.在灵敏度分析过程中,提出了一种应变能重分配策略,将Neo-Hooken和二阶Yeoh超弹性分析单元的应变能转换为对应的材料单元应变能.数值算例表明了所提出方法的三个显著优点:(1)可显著提高计算效率;(2)进一步弥补了基于附加超弹性技术的非线性拓扑优化方法在解决非线性拓扑优化问题时所遇到的收敛困难,该效果在三维问题中更为显著;(3)可在个人计算机上成功处理高分辨率三维复杂非线性拓扑优化问题.

机标关键词：收敛性、强计算、超弹性材料本构模型、拓扑优化方法、材料非线性、各向同性材料、非线性有限元计算、计算复杂度、ansys软件、优化问题

所属期刊栏目：38

分类号：O241.82;O159;TP391.75

在线出版日期：2022-06-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：93-109