基于多相材料的连续体结构动态轻量化设计方法

作     者：龙凯 谷先广 王选 LONG Kai

作者机构：华北电力大学能源的安全与清洁利用北京市重点实验室北京102206 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2017年第38卷第10期

页      面：129-138页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51405123) 中央高校基本科研业务费专项资金(2017MS077)~~ 

主　　题：拓扑优化 独立连续映射法 连续体结构 固有频率 模态分析 

摘      要：为了实现基于多相材料的结构轻量化设计,遵循独立连续映射法,提出了以结构总重最小化为目标和给定特征值为约束的拓扑优化模型。方法采用2类独立拓扑变量实现了单元刚度矩阵、质量矩阵和重量插值。推导了固有特征值和总重量的敏度表达式,通过1阶和2阶泰勒展开得到其近似表达式。对约束函数一次项过滤转换为偏微分方程的求解,消除了棋盘格现象和网格依赖性等数值不稳定性。通过二维数值算例验证了提出方法的可行性和优越性。结果表明,与单相组分材料拓扑优化结构相比,多相材料拓扑优化结构具有更轻的重量。通过附加相邻频率间隔约束或增加高阶频率约束,避免了模态交换现象。