特征驱动的结构拓扑优化方法

摘要：

本文提出一种以特征作为结构拓扑优化基本设计要素的方法.该方法从CAD特征设计概念出发,通过采用隐式水平集函数建立结构的特征模型,将结构拓扑优化转化为设计域内特征布局和形状优化问题,避免了传统拓扑优化方法仅从力学性能角度寻优材料分布,导致拓扑优化结果过于抽象、工程特征差的弊端.本文针对给定体积约束条件下的结构柔顺度最小化问题,发展了固定网格框架下结构响应分析与形状灵敏度分析计算方法,理论上保证了灵敏度计算精度与结构水平集函数的数学表达形式无关.最后以带孔悬臂梁结构与飞机发动机支架结构为例,采用超椭圆/球特征设计要素验证了该方法的有效性与优越性.

关键词：拓扑优化、特征设计、水平集函数、固定网格、灵敏度分析

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资助基金：国家重点研发计划2017YFB1102800;国家自然科学基金11722219,51790171,11620101002;陕西省重点研发计划2017ZDXM-GY-059

在线出版日期：2019-12-11（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：1177-1185