Exploiting Additive Manufacturing Infill in Topology Optimization for Improved Buckling Load

作     者：Anders Clausen Niels Aage Ole Sigmund 

作者机构：Section of Solid Mechanics Department of Mechanical Engineering Technical University of Denmark Lyngby DK-2800 Denmark 

出 版 物：《Engineering》 (工程（英文）)

年 卷 期：2016年第2卷第2期

页      面：250-257页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0808[工学-电气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：Villum基金会(NextTop项目) 丹麦工业大学土工工程系的资金支持~~ 

主　　题：拓扑优化 制造过程 屈曲载荷 填充材料 添加剂 组件设计 涂层方法 设计方法 

摘      要：增材制造可实现优质多功能构件所具有的高度复杂几何构型的制备。可以直接制备内含多孔填充的结构部件是其独有特征的一个例证。现有的设计方法还难以充分利用这一设计自由度,直接获得类似结构的设计。本文将展示涂层方法 (coating approach)的拓扑优化方法来作为多孔填充构件的设计方法,所设计的构件具有显著改进的临界屈曲载荷,从而使得整体结构部件的稳定性增强。传统的柔顺性拓扑优化方法极少在数学模型中考虑构件的屈曲约束,稳定性要求通常要经过后续的校核与改进过程满足。这一后续过程往往只能获得次优设计。本文所展示的方法弥补了传统柔顺性拓扑优化模型中难以考虑构件屈曲约束的缺陷。利用涂层拓扑优化方法与传统柔顺性拓扑优化同时对经典的MBB梁进行设计,并采用熔丝增材制造技术对设计结果进行了制备。实验结果验证了涂层方法的数学模型的正确性。由于填充材料的性质,在相同条件下,涂层优化得到的多孔填充结构的屈曲载荷比传统优化得到的实体结构高四倍以上。