基于自然分叉结构载荷传递路径构筑机制的生长式拓扑优化方法研究

项目名称： 基于自然分叉结构载荷传递路径构筑机制的生长式拓扑优化方法研究

项目编号： No.51405377

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 李宝童

作者单位： 西安交通大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 自然界中各种性能卓越的拓扑构型为人类在机械工程领域的结构创新设计提供了无穷尽的灵感源泉。本项目力求从不同几何尺度与不同对称程度两个层面剖析自然分叉结构的特殊构型规律。研究载荷传递路径的力学表征方法，分析自然分叉结构中载荷流的形成、耦合与传递规律，探索载荷传递路径分布形态与机械结构承载效能的内在联系，阐明最优载荷传递路径的力学构筑机理。研究自然分叉结构典型拓扑图式的自优化生长机制（鲁棒性与自适应性），揭示微/细观水平的生长竞争特性对于宏观拓扑图式的影响规律。以承载结构中载荷传递路径的分布形态作为拓扑优化的目标控制函数，利用数学上互为对偶的条件极值模型来定量表征结构生长竞争过程，将生长式拓扑优化问题转化为一个由自优化生长机制驱动的载荷传递路径寻优问题，提出一套指导结构鲁棒自适应生长的仿生拓扑优化方法与数值实现技术，为机械装备承载结构的创新设计提供基础理论与使能技术支撑。

中文关键词： 自然分叉结构；载荷传递路径；自优化生长；结构仿生；拓扑优化

英文摘要： Nature has evolved many ingenious topologies that provide inexhaustible inspiration for designers to solve mechanical engineering problems. One conspicuous category of such topologies is the branching structures in various biological systems, such as the

英文关键词： Natural branching structures；Load path；Self-optimal growth；Structural bionic；Topology optimization