考虑载荷不确定性的多材料结构稳健拓扑优化

摘要：

传统的拓扑优化设计通常基于单材料与确定性条件,往往难以兼顾结构性能的稳健性.针对实际工程中载荷不确定性问题,研究多材料结构稳健拓扑优化设计方法.基于有序各向同性微结构材料惩罚模型法(Ordered-Solid Isotropic Microstructures with Penalization,Ordered-SIMP),进行多材料插值模型表征.构建载荷概率分布条件下结构柔度均值与标准差的加权目标函数,辅以体积约束.针对载荷满足随机场分布时,采用Karhunen-Loève展开将载荷随机场变换为有限个不相关的载荷随机变量加权和,并借助稀疏网格数值积分方法,将多材料结构稳健拓扑优化转化为求解一组多工况加权多目标确定性拓扑优化设计问题.通过数值算例验证所提方法的有效性与优化结果的稳健性.结果 表明:针对不同材料组合方案,均能有效获得良好的多材料拓扑构型;与确定性设计相比较,稳健设计具有不同的材料布局方案,且结构性能更加稳定.

关键词：多材料、拓扑优化、稳健设计、稀疏网格、载荷不确定性

所属期刊栏目：38

分类号：TH122

资助基金：国家自然科学基金资助项目51705268;山东省自然科学基金资助项目ZR2016EEB20;中国博士后科学基金面上资助项目2017M612191

在线出版日期：2019-11-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：182-190