关键词:
拓扑优化
多材料
梯度点阵
热力耦合
数据驱动
摘要:
提出了一种用于热弹性多构型梯度点阵结构设计的拓扑优化方法。假设结构由各种空间变化的点阵子结构组成。每个点阵子结构考虑2个设计变量,一个准离散变量决定其空间拓扑布局,另一个连续密度变量决定其材料用量。对于预定义几何拓扑的点阵子结构,通过改变其特征尺寸,获取一系列定构型、变密度的点阵子结构样本,并进行静态凝聚以降低自由度数目,依此建立相应的数据驱动插值模型,显式地关联点阵密度变量与其热弹性等效本构行为。进一步地,为实现多构型点阵的混杂布局设计,构建了准离散点阵选型变量的多材料插值模型。数值算例结果表明,设计方法能够利用梯度点阵材料平衡温度载荷作用下引起的机械变形,进而有效地提升结构的热-机械耦合承载能力。此外,由于基于子结构法进行梯度点阵结构建模,整体结构与点阵子结构的几何构型和热弹性性能均是耦合的。相较于基于均匀化理论的设计方法,本文设计方案无需额外的几何后处理,可有效避免设计与制造的性能偏差。