基于联合仿真的曲面共形多孔结构拓扑优化方法

作     者：付君健 徐勇 周祥曼 舒正涛 田启华 

作者机构：三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室 三峡大学机械与动力学院 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 081304[工学-建筑技术科学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51775308) 湖北省自然科学基金(2021CFB236) 

主　　题：拓扑优化 多孔结构 共形建模 可变切割水平集函数 联合仿真 

摘      要：针对宏观曲面结构上多孔结构单胞构型与设计域外形不匹配，导致曲面结构优化困难的问题，提出一种基于联合仿真的曲面共形多孔结构拓扑优化方法。基于三周期极小曲面隐式水平集函数，实现多孔结构的参数化建模。采用等参单元法理论，建立自然坐标系到笛卡尔坐标系的映射关系，实现曲面多孔结构的共形建模。构造线性插值函数，保证多孔结构单胞之间的C0连续。引入可变切割水平集函数，建立MATLAB与ANSYS联合仿真的多孔结构拓扑优化框架。数值算例表明，本方法可有效实现曲面多孔结构的拓扑优化设计，保证了多孔结构单胞与设计域外形的匹配，提升了多孔结构的力学性能。