基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法

作     者：廖中源 王英俊 王书亭 LIAO Zhongyuan;WANG Yingjun;WANG Shuting

作者机构：华南理工大学机械与汽车工程学院聚合物新型成型装备国家工程研究中心广州510641 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2019年第55卷第8期

页      面：65-72页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51705158 51675197) 中央高校基本科研业务费专项(2018MS45)资助项目 

主　　题：点阵结构 变密度 拓扑优化 有限元分析 3D打印 

摘      要：点阵材料是一种超轻高强的高性能多孔材料,目前主要以等密度构建点阵结构体。在实际情况下,点阵材料的各部分承受着不同的载荷,等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。针对上述问题,将拓扑优化引入点阵材料设计中,提出一种基于均匀化方法的多尺度拓扑优化方法,实现了变密度点阵结构体的优化设计,可根据实际载荷设计出最优的变密度点阵结构体,以达到最优性能。以汽车连杆为例,与现有商业软件HyperWorks采用的梁模型点阵优化方法进行对比验证。结果表明,所提出方法优化所得连杆的轻量化效果更好,应力分布更合理。该方法生成的变密度点阵结构有着更优异的性能,更适合变密度点阵结构体的优化设计。