基于固定网格和拓扑导数的结构拓扑优化自适应泡泡法

论文摘要

为继承传统拓扑优化泡泡法变量少、精度高等优点,并克服其网格重划频繁、孔洞合并操作繁琐等不足,提出了一种基于固定网格和拓扑导数的自适应泡泡方法.该方法的主要特点是:(1)采用有限胞元固定网格分析方法计算结构力学响应,在优化过程中无需网格更新和重划分,就能保证较高的分析精度;(2)根据拓扑导数信息指导结构区域中孔洞的引入,不仅消除了优化结果对孔洞初始布局的依赖性,还能有效控制设计变量的数量;(3)引入拓扑导数阈值和孔洞影响区域新概念,实现了孔洞引入频次和位置的自适应调节,保证了拓扑优化过程的数值计算稳定性;(4)采用光滑变形隐式曲线描述孔洞边界,不仅设计参数少、变形能力强,而且便于处理孔洞间的融合/分离操作以及与固定网格分析方法的有机结合.理论分析和数值算例表明,改进后的自适应泡泡法能够消除传统泡泡法因采用拉格朗日网格和参数化B样条曲线模型而存在的实施困难,采用很少的设计变量就可获得边界光滑清晰的优化结果.

论文目录

• 引言
• 1 自适应泡泡法
•   1.1 有限胞元固定网格分析方法
•   1.2 拓扑导数计算与孔洞自适应引入
•   1.3 光滑变形隐式曲线及孔洞描述方式
•   1.4 优化模型及灵敏度分析
• 2 数值算例
•   2.1 悬臂梁算例
•   2.2 简支梁算例
• 3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 蔡守宇,张卫红,高彤,赵军

关键词: 泡泡法,拓扑优化,固定网格,拓扑导数,自适应

来源: 力学学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 郑州大学力学与工程科学学院,西北工业大学航宇材料结构一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心

基金: 国家重点研发计划项目(2017YFB1102800),国家自然科学基金项目(11702254)资助

分类号: O342

页码: 1235-1244

总页数: 10

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