基于节点密度插值的多材料柔顺机构拓扑优化

作者：朱本亮; 张宪民; 李海; 王日鑫; 刘敏; 李昊

来源：机械工程学报, 2021, 57(15): 53-61.

• 柔顺机构
• 多材料
• 拓扑优化
• 节点插值
• 密度法

基于弹簧模型和节点密度插值的固体各向同性材料惩罚模型（Solid isotropic material with penalization, SIMP）方法,给出了一种用于多材料柔顺机构拓扑优化设计的分层优化方法。首先,以输出端位移最大化为目标以各种材料相应的体积占比为约束,建立了多材料柔顺机构拓扑优化模型;其次,采用节点密度插值,构造了设计区域内具有C0连续性的密度场函数,给出了目标函数和约束的敏度解析表达式,使用过滤半径自适应迭代的敏度过滤方案,消除了节点密度插值法中的层化现象;再次,给出了一种分层优化策略用于求解多材料柔顺机构拓扑优化问题;最后,分别用典型的二维和三维柔顺机构拓扑优化问题验证了所提出方法的有效性,并分析了设计参数对优化结果的影响机制。

• 单位
  华南理工大学; 华东交通大学机电与车辆工程学院