基于单胞代理模型的热弹性点阵结构优化方法

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料,其有千变万化的微结构和高孔隙率,通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力,提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上,实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测,利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解,利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系,并进行了预测误差验证,证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上,建立了以等效材料填充的结构优化模型,考虑了热力载荷作用,以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型,提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果,结构热刚度在一定体积约束下显著提高,证明了所提方法的有效性。