Science China Technological Sciences 2022年65卷第6期中文摘要

<正><正>增材制造中考虑带有悬挂长度放松的悬挂角约束的结构拓扑优化张凯庆,程耿东,王雨本文研究面向增材制造的结构拓扑优化,考虑了带有悬挂长度放松的悬挂角约束及最小水平尺寸控制的最小柔度设计.虽然悬挂长度放松为增材制造产品的设计提供了更大的设计空间,但目前有关悬挂长度放松约束的研究还非常有限.首先阐明了我们过去提出的悬挂角约束可以识别违反悬挂角约束的下边界单元.利用这一事实,通过限制在设计域的每个局部区域中违反悬挂角约束的单元的体积分数小于规定的上限,我们实现了悬挂长度放松.随后,提出并验证了该方法所允许的最大悬挂长度的估算公式.此外,也采用了最小水平尺寸约束.在控制结构水平尺寸的同时,该约束和带有悬挂长度放松的悬挂角约束结合可以抑制悬挂特征.采用梯度类优化算法MMA(Method of Moving Asymptotic)求解拓扑优化列式.数值算例表明了该方法的有效性.从算例中可以看到,新约束缓解了传统悬挂角约束的主要问题,即灰色单元问题、应力集中问题和结构破碎问题.与严格的传统悬挂角约束相比,本文方法还降低了结构柔顺度.