基于刚度与强度要求的轻质材料与结构拓扑一体化优化设计方法研究

项目名称： 基于刚度与强度要求的轻质材料与结构拓扑一体化优化设计方法研究

项目编号： No.11372055

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 荣见华

作者单位： 长沙理工大学

项目金额： 80万元

中文摘要： 基于当前国际上缺乏涉及强度的材料及结构拓扑多尺度优化设计的系统性研究，考虑到它对于结构和材料创新设计的重要意义，本项目进行基于强度和刚度要求的轻质材料与结构拓扑一体化优化设计方法研究。首先，基于有限胞元法和节点密度变量，改进避免数值不稳定性问题的现有方案，构造适定的结构静力拓扑优化问题列式；研究基于主动应力约束、总体凝聚应力约束和代理模型方法的结构应力约束减缩措施、应力约束及其灵敏度的高效计算方法；其次,构建结构和材料的两级材料插值模型, 将宏观结构目标函数(柔顺度等)通过数学推导转换成材料参数的表达式，提出结构拓扑与材料一体化设计方法, 研究微结构尺寸效应；最后, 发展高效的细观和宏观应力及其灵敏度分析方法,构建结构与材料一体化两级优化列式和并行计算优化算法。结合工程需求,在基于强度和刚度要求的材料与结构拓扑一体化优化设计方法方面取得进展。项目成果将会促进机械领域设计和制造技术的发展。

中文关键词： 并发的结构拓扑设计；多约束；应力约束；刚度要求；细观结构材料

英文摘要： Based on the lack of a systematic research in the world on a multi-scale optimization design of materials and structural topologies based on strength requirements and considering the importance of its systematic research for material and structural creati

英文关键词： concurrent structural topology design；multiple constraints；stress constraint；stiffness requirement；meso-structural material