基于拓撲優(yōu)化思想的功能梯度材料實體的優(yōu)化設計.pdf

1、快速原型(RP)技術的出現(xiàn)為非均質材料（Heterogeneous Material，簡稱HM），特別是功能性梯度材料（Functionally Graded Materials,簡稱FGMs）零件的制造提供了一條全新的途徑。 隨著功能性梯度材料的不斷發(fā)展，原有的功能性梯度材料的設計方法已經(jīng)不能夠滿足要求，為了在微結構中得到更加連續(xù)材料屬性變化，拓撲優(yōu)化方法被引入到FGMs 設計中來。拓撲優(yōu)化是解決結構中單元“有”或“無”的最優(yōu)

2、分布，拓撲變量非0 即1，但是拓撲變量的這種0-1 特性使模型的建立和求解非常困難。根據(jù)獨立、連接的思想，對單元重量、單元許用應力和單元剛度分別引入不同的過濾函數(shù)，把0-1 型離散拓撲變量轉化為[0，1]區(qū)間上的連續(xù)變量，建立拓撲變量連續(xù)的優(yōu)化模型，根據(jù)所有拓撲變量的分布，通過不斷調整折減系數(shù)來搜索最佳閥值，最終根據(jù)結構是否違背約束或者是否奇異決定是否結束優(yōu)化。 所做的主要工作如下： (1) 為了在微結構中得到連續(xù)變化的

3、材料屬性，將用于結構優(yōu)化的拓撲優(yōu)化方法首次引入到FGMs 的優(yōu)化設計中。 (2) 提出了基于拓撲優(yōu)化思想的材料組分優(yōu)化方法。該方法繼承了均勻化方法和相對密度方法等特點，根據(jù)材料單元的相對密度變化導致單元的各材料組分變化，以求得功能梯度材料零件的材料的屬性。 (3) 在UG NX3 軟件環(huán)境下，運用VC++6.0 軟件開發(fā)平臺，通過二次開發(fā)，完成了材料信息和幾何拓撲信息的融合軟件模塊，實現(xiàn)了功能梯度材料實體的組分拓撲優(yōu)化。