基于知情构造理论的单材料柔性机构拓扑优化

摘要

针对柔性机构在拓扑优化过程中因设计子域数增加而使设计域外径与内径的子域交接点产生材料分布进而导致拓扑结构设计子域内优化空间过少影响结构整体性能的问题,基于知情构造理论提出了单材料柔性机构拓扑优化模型,该模型通过材料属性的描述以及属性参数计算,使设计子域数的取值在适应材料特征与分布的基础上进行,保证了结构具有足够的优化空间。以机构的几何增益最大为目标,建立了基于无网格伽辽金法(EFG)的单材料柔性机构拓扑优化模型。在拓扑优化过程中引入无网格伽辽金法进行EFG相对密度场的构造,利用设计域中的EFG节点来构造变形函数,在预先完成材料属性有效描述的情况下节点能够灵活布局,避免出现数值不稳定的现象从而影响性能优化效果。对典型算例应力分布进行分析,验证了提出模型的有效性。

关键词

知情构造理论 / 柔性机构 / 拓扑优化 / 材料属性描述