面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究

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(编辑张洋)

作者简介:于晓琳,女,1978年生。沈阳工业大学机械工程学院博士研究生,沈阳理工大学机械工程学院讲师。研究方向为新材料精密及特种加工、精密超精密加工、高速切削加工。发表论文7篇。黄树涛,男,1964年生。沈阳理工大学机械工程学院教授、博士研究生导师。赵文珍,男,1956年生。沈阳工业大学机械工程学院教授、博士研究生导师。周丽,女,1971年生。沈阳理工大学机械工程学院副教授。周家林,男,1982年生。沈阳理工大学机械工程学院硕士研究生。

面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究

王明强李治多

江苏科技大学,镇江,212003

摘要:为了更好地解决结构拓扑优化的工程实用化问题,研究了一种面向制造的连续体结构拓扑优化设计的方法,即面向制造的分级拓扑优化方法。该方法可使优化结果同时满足设计性能和制造性能的要求。为消除数值不稳定,研究了密度和敏度混合高斯函数过滤算法,该算法能有效解决棋盘格式及网格依赖等数值不稳定问题,并能获得良好的优化结果。利用研究的分级拓扑优化方法和有关算法,对经典算例进行计算,所得结果验证了该方法的可行性和有效性。

关键词:拓扑优化;SIM P模型;优化准则法;制造工艺约束

中图分类号:T H122文章编号:1004)132X(2010)05)0524)05

Research on Method of Topology Optimization Design of Continuum Structures for Manufacturing

Wang M ingqiang Li Zhiduo

Jiang su U niversity of Science and Technolog y,Zhenjiang,Jiangsu,212003 Abstract:In o rder to solv e the eng ineer ing application problems of to polo gy optimization,a meth-o d of the classification topo logy optimization for m anufacture w as presented,in w hich to po logy results fo r requirements of desig n and m anufacturing can be also g uaranteed.M eanw hile,fo r remov ing the instability co efficient,a hybrid density and sensitivity w ith Gaussian function filtering alg orithms w as pro posed.The new filtering alg orithm is easy to implement and has a good universality,w hich can solv e numerical instabilities w ell and obtain goo d results of the optim ization.U tilization o f hier archical to po logy optimization m ethods and related alg orithm s,the classical ex amples were calculated and com-pared the results of solutio n to verify the feasibility and effectiv eness of the pr opo sed method.

Key words:to po logy o ptimizatio n;SIM P m odel;o ptimality criteria method;manufactur ing con-straint

0引言

随着拓扑优化理论的发展和拓扑优化工具的出现,拓扑优化已开始在航空、汽车等工程领域得到逐步应用。在拓扑优化中引入制造工艺约束使得优化技术更具吸引力,制造工艺约束是在概念设计阶段需要考虑的重要因素。因此,拓扑优化

收稿日期:2009)05)31作为一种产生设计概念的工具,可进一步实现与制造约束的集成,这对缩短概念设计和工程实现之间的距离有重要意义[1]。然而拓扑优化毕竟处于结构的概念设计阶段,其结果对于后续的设计与分析过程仅有概念性的指导意义,拓扑优化结果的工程可利用性问题已经成为制约拓扑优化进一步发展的障碍之一[2]。

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